DE102019123047A1

DE102019123047A1 - Krafteinleitungsvorrichtung und Verfahren zur Einleitung von Kräften

Info

Publication number: DE102019123047A1
Application number: DE102019123047.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Vohrer; Michel Chamoun; Christoph David
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Krafteinleitungsvorrichtung zur Einleitung von Kräften in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16'), umfassend ein Aufnahmeelement (12) zur Aufnahme einer Kraft, ein Einleitungselement (14; 14') zur Einleitung der Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16') und ein Verteilungselement (18; 18') zur Verteilung der von dem Aufnahmeelement (12) aufgenommenen Kraft auf das Einleitungselement (14; 14'), wobei das Aufnahmeelement (12) mittels des Verteilungselements (18; 18') mit dem Einleitungselement (14; 14') verbunden ist, und wobei das Einleitungselement (14; 14') einen Anlagebereich (38) zur Anlage des Einleitungselements (14; 14') an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16, 16') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer auf den Anlagebereich (38) ausgeübten und zu dem Anlagebereich (38) quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft (F) in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (48a, 48b) des Anlagebereichs (38) unterschiedlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Krafteinleitungsvorrichtung zur Einleitung von Kräften in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil, umfassend ein Aufnahmeelement zur Aufnahme einer Kraft, ein Einleitungselement zur Einleitung der Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil und ein Verteilungselement zur Verteilung der von dem Aufnahmeelement aufgenommenen Kraft auf das Einleitungselement, wobei das Aufnahmeelement mittels des Verteilungselements mit dem Einleitungselement verbunden ist, und wobei das Einleitungselement einen Anlagebereich zur Anlage des Einleitungselements an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einleitung von Kräften in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil mittels einer Krafteinleitungsvorrichtung.
Aus der DE 10 2012 215 587 A1 ist ein Lasteinleitungselement für flächige oder gekrümmte Kunststoff- oder Faserverbundelemente bekannt.
Aus der DE 10 2014 107 803 A1 ist ein Kompositbauteil bekannt, bestehend aus einem endlosfaserverstärkten Thermoplastwerkstoff und einem metallischen Einleger.
Aus der DE 10 2009 047 671 A1 ist eine Anordnung mit einem Faserverbund-bauteil und einem Strukturbauteil eines Luft- und Raumfahrzeuges bekannt, bei welcher eine Metallfolie in einem Verbindungsabschnitt des Faserverbundbauteils und des Strukturbauteils als Querverstärkungselement eingefügt ist, wobei die Metallfolie mindestens einen Verankerungsabschnitt aufweist, welcher von einer Oberfläche der Metallfolie vorsteht.
Aus der DE 10 2010 054 097 A1 ist ein Metall-Faserverbund-Bauteil für eine Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Metall-Faserverbund-Bauteil mittels Anbindungslaschen mit einem Karosserieteil der Fahrzeugkarosserie verbindbar ist.
Aus der US 5 862 975 A ist ein Verfahren zum Befestigen einer Metallstruktur an einer faserverstärkten Verbundstruktur entlang einer Grenzfläche bekannt, bei dem Metall-Z-Stiftverstärkungen in die Verbundstruktur eingebracht werden und mit der Metallstruktur verschweißt werden.
Aus der US 2010/0209185 A1 ist eine Anordnung zum Verbinden eines insbesondere zur Aufnahme und/oder Übertragung von Zug und/oder Torsionskräften dienenden Elements mit einem weiteren Bauteil bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Krafteinleitungsvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher sich Kräfte homogen in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil einleiten lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer auf den Anlagebereich ausgeübten und zu dem Anlagebereich quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen des Anlagebereichs unterschiedlich ist.
Unter der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung ist ein Widerstand der Krafteinleitungsvorrichtung gegen elastische Verformung durch eine auf den Anlagebereich ausgeübte Kraft zu verstehen. Unter der Steifigkeit ist insbesondere eine Zug- und/oder Drucksteifigkeit bezüglich einer auf den Anlagebereich ausgeübten Zug- und/oder Druckkraft zu verstehen.
Die Krafteinleitungsvorrichtung dient zur Einleitung von Kräften in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil. Mittels des Aufnahmeelements wird eine Kraft aufgenommen, welche mittels des Verteilungselements auf das Einleitungselement verteilt wird. Die Kraft wird anschließend über das Einleitungselement in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingeleitet.
Durch die Verteilung der Kraft auf das Einleitungselement lässt sich die Kraft insbesondere flächig in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil einleiten. Es ergibt sich dadurch insbesondere eine homogene und/oder graduelle Einleitung von Kräften in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil.
Die in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil einzuleitenden Kräfte sind quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich und/oder zu einer Seite des Faserverbundwerkstoff-Bauteils orientiert.
Die Seite des Faserverbundwerkstoff-Bauteils ist beispielsweise eine Seite einer obersten Faserlage des Faserverbundwerkstoff-Bauteils. Die Seite ist insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu einer oder mehreren Faserlagen des Faserverbundwerkstoff-Bauteils orientiert.
Mittels der erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung lassen sich insbesondere Spannungskonzentrationen am Rand eines Kontaktbereichs zwischen dem Einleitungselement und dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil reduzieren.
Der Anlagebereich ist insbesondere zumindest näherungsweise eben und/oder flächig ausgebildet. Beispielsweise ist der Anlagebereich an einer Oberseite des Einleitungselements angeordnet und/oder ausgebildet, wobei die Oberseite insbesondere eine dem Verbindungselement und/oder dem Aufnahmeelement abgewandte Seite des Einleitungselements ist.
Insbesondere liegt der Anlagebereich zumindest teilweise in einer Erstreckungsfläche, welche quer und insbesondere senkrecht zu einer auf das Faserverbundwerkstoff-Bauteil auszuübenden Kraft orientiert ist.
Mittels der Krafteinleitungsvorrichtung lassen sich Kräfte in eine Seite und/oder in einen Bereich des Faserverbundwerkstoff-Bauteils einleiten.
Die einzuleitenden Kräfte sind beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich und/oder zu der Seite des Faserverbundwerkstoff-Bauteils und/oder zu einer Erstreckungsfläche des Faserverbundwerkstoff-Bauteils orientiert.
Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ist aus einem Faserverbundwerkstoff-Material hergestellt. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ist beispielsweise aus einem Faserverbundkunststoff (FVK) hergestellt. Beispielsweise ist das Faserverbundwerkstoff-Bauteil aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt oder umfasst einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff.
Insbesondere ist das Verteilungselement zwischen dem Aufnahmeelement und dem Einleitungselement angeordnet.
Die in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil einzuleitenden Kräfte sind beispielsweise Zugkräfte und/oder Druckkräfte.
Mittels des Anlagebereichs sind die Krafteinleitungsvorrichtung und/oder das Einleitungselement an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil anlegbar. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ist mittels des Anlagebereichs mechanisch kontaktierbar.
Insbesondere weist der Anlagebereich eine zu dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil korrespondierende Form auf, so dass das Einleitungselement mittels des Anlagebereichs insbesondere bündig an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil anlegbar ist.
Insbesondere ist dem Anlagebereich eine Kraftabgabefläche zugeordnet, mittels welcher sich eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft auf das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ausüben lässt.
Günstig kann es sein, wenn das Einleitungselement eine Mehrzahl von Verankerungselementen aufweist, welche an dem Anlagebereich angeordnet sind. Die Verankerungselemente können in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eindringen, wodurch sich eine Kraft auf unterschiedliche Faserlagen des Faserverbundwerkstoff-Bauteils übertragen lässt.
Insbesondere sind die Verankerungselemente an dem Anlagebereich angeordnet und/oder flächig über den Anlagebereich verteilt.
Insbesondere sind die Verankerungselemente quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich orientiert.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine jeweilige Länge voneinander verschiedener Verankerungselemente unterschiedlich ist, wobei eine Längenrichtung der Verankerungselemente quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich orientiert ist. Die Verankerungselemente dringen dadurch unterschiedlich tief in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ein. Es lassen sich dadurch Kräfte gezielt in unterschiedliche Faserlagen des Faserverbundwerkstoff-Bauteils einleiten.
Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil weist beispielsweise eine Mehrzahl von Faserlagen auf, welche schichtweise übereinander angeordnet sind.
Aus dem genannten Grund ist es günstig, wenn die Verankerungselemente in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen des Anlagebereichs angeordnet sind, und wenn eine jeweilige Länge oder ein jeweiliger Längenbereich von Verankerungselementen in den voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen unterschiedlich ist.
Die innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs angeordneten Verankerungselemente weisen eine gleiche Länge auf oder Längen der innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs angeordneten Verankerungselemente liegen innerhalb eines gleichen Längenbereichs.
Unter einem Längenbereich ist ein Längenintervall mit einer unteren Grenze und einer oberen Grenze zu verstehen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Länge der Verankerungselemente mindestens 1 mm und/oder höchstens 10 mm beträgt, und insbesondere dass eine Länge der Verankerungselemente mindestens 2 mm und/oder höchstens 5 mm beträgt.
Günstig kann es sein, wenn die Verankerungselemente jeweils ein Kappenelement aufweisen, welches an einem dem Anlagebereich des Einleitungselements gegenüberliegenden Ende des Verankerungselements angeordnet ist. Mittels des Kappenelements lässt sich beispielsweise eine Kraft in eine Faserlage des Faserverbundwerkstoff-Bauteils einleiten.
Insbesondere ist das Kappenelement kegelförmig und/oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Insbesondere ist ein Radius des Kappenelements an einem dem Anlagebereich zugewandten Ende des Kappenelements am größten und/oder an einem dem Anlagebereich abgewandten Ende des Kappenelements am kleinsten.
Insbesondere weist das Verankerungselement ein Stabelement auf, welches mit dem Anlagebereich des Einleitungselements verbunden ist. Beispielsweise ist an einem dem Anlagebereich gegenüberliegenden Ende des Stabelements ein Kappenelement angeordnet.
Insbesondere ist das Verankerungselement einstückig mit dem Anlagebereich und/oder mit einem Strukturmaterial des Einleitungselements verbunden.
Günstig kann es sein, wenn das Verteilungselement und/oder das Aufnahmeelement und/oder das Einleitungselement einstückig miteinander verbunden sind. Es lässt sich dadurch die Krafteinleitungsvorrichtung mechanisch stabil ausführen.
Insbesondere ist die Krafteinleitungsvorrichtung als Ganzes einstückig ausgebildet.
Beispielsweise sind das Verteilungselement und/oder das Aufnahmeelement und/oder das Einleitungselement aus einem metallischen Material hergestellt.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Krafteinleitungsvorrichtung eine Verstärkungsstruktur aufweist, welche an dem Verteilungselement und/oder an dem Einleitungselement angeordnet und/oder ausgebildet ist. Es lässt sich dadurch eine Variation der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer zu dem Anlagebereich quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen realisieren.
Die Verstärkungsstruktur ist oder umfasst beispielsweise eine Rippenstruktur, welche insbesondere einstückig mit dem Verteilungselement und/oder dem Einleitungselement verbunden ist.
Günstig kann es sein, wenn an dem Verteilungselement und/oder an dem Einleitungselement eine Rippenstruktur angeordnet und/oder ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Rippenstruktur zumindest teilweise an einer Seite des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements angeordnet, wobei die Seite dem Anlagebereich des Einleitungselements abgewandt ist.
Mittels der Rippenstruktur lassen sich bestimmte räumliche Bereiche der Krafteinleitungsvorrichtung gezielt verstärken. Es lässt sich dadurch eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung in bestimmten räumlichen Bereichen erhöhen.
Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn eine Rippendichte der Rippenstruktur in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements unterschiedlich ist.
Günstig kann es sein, wenn eine Rippendichte der Rippenstruktur in einem Mittelbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements am größten ist, und/oder wenn eine Rippendichte der Rippenstruktur in einem Randbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements am kleinsten ist. Es wird dadurch die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung in dem Mittelbereich erhöht und/oder in dem Randbereich verringert. Es ergibt sich dadurch eine graduelle Einleitung von Kräften in das Faserverbundwerkstoffbauteil und eine Reduktion von Spannungskonzentrationen an einem Rand eines Kontaktbereichs zwischen dem Einleitungselement und dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil.
Insbesondere nimmt die Rippendichte von dem Mittelbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements zu dem Randbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements ab und insbesondere monoton ab.
Insbesondere weist die Rippenstruktur eine Mehrzahl von Rippenelementen auf, welche beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zueinander orientiert sind.
Unter der Rippendichte der Rippenstruktur ist insbesondere eine Anzahl von Rippenelementen der Rippenstruktur pro Volumeneinheit zu verstehen.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine jeweilige Breite und/oder Dicke von Rippenelementen der Rippenstruktur in einem Mittelbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements am größten ist und/oder in einem Randbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements am kleinsten ist.
Bei einer Ausführungsform weist die Rippenstruktur eine Mehrzahl von Rippenelementen auf, welche zwischen dem Aufnahmeelement und dem Einleitungselement angeordnet sind. Beispielsweise bilden die Rippenelemente Verbindungselemente zur Verbindung des Aufnahmeelements mit dem Einleitungselement. Die Rippenelemente sind dann beispielsweise als Streben ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform besteht das Verteilungselement aus der Rippenstruktur und/oder aus Rippenelementen der Rippenstruktur.
Die Rippenelemente sind beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich orientiert.
Günstig kann es sein, wenn eine Dicke eines Strukturmaterials des Einleitungselements in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen des Einleitungselements unterschiedlich ist, wobei eine Dickenrichtung quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich orientiert ist, und wobei insbesondere die Dicke des Einleitungselements in einem Mittelbereich des Einleitungselements am größten ist und/oder in einem Randbereich des Einleitungselements am kleinsten ist. Die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer zu dem Anlagebereich quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft wird dadurch mittels der Dicke des Strukturmaterials variiert.
Insbesondere nimmt die Dicke des Strukturmaterials von dem Mittelbereich des Einleitungselements zu dem Randbereich des Einleitungselements ab und insbesondere monoton ab.
Beispielsweise nimmt die Dicke des Strukturmaterials radial nach außen ab.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer zu dem Anlagebereich quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft in einem Mittelbereich des Anlagebereichs am größten ist und/oder in einem Randbereich des Anlagebereichs am kleinsten ist. Es lassen sich dadurch Spannungskonzentrationen bei der Krafteinleitung an dem Randbereich reduzieren.
Insbesondere nimmt die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung von dem Mittelbereich des Anlagebereichs zu dem Randbereich ab und insbesondere monoton ab.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Breite und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements an einem dem Aufnahmeelement angeordneten ersten Ende des Verteilungselements geringer ist als eine Breite und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements an einem an dem Einleitungselement angeordneten zweiten Ende des Verteilungselements. Es lässt sich dadurch beispielsweise eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung in einem Mittelbereich des Anlagebereichs erhöhen.
Insbesondere beträgt eine Breite und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements an dem ersten Ende weniger als 70 % und insbesondere weniger als 50 % und insbesondere weniger als 30 % einer Breite und/oder eines Durchmessers des Verteilungselements an dem zweiten Ende.
Günstig kann es sein, wenn eine Breite und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements an einem dem Einleitungselement angeordneten zweiten Ende des Verteilungselements kleiner ist als eine maximale Breite und/oder ein maximaler Durchmesser des Einleitungselements. Es wird dadurch insbesondere ein Mittelbereich des Einleitungselements mittels des Verteilungselements unterstützt. Dadurch wird die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung in dem Mittelbereich des Anlagebereichs gegenüber der Steifigkeit in einem Randbereich des Anlagebereichs erhöht.
Insbesondere beträgt die Breite und/oder der Durchmesser des Verteilungselements an dem zweiten Ende weniger als 90 % und insbesondere weniger als 70 % und insbesondere weniger als 50 % und insbesondere weniger als 30 % der maximalen Breite und/oder des maximalen Durchmessers des Einleitungselements.
Eine Breite und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements ist beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zu einer kürzesten Verbindungsstrecke zwischen dem Aufnahmeelement und dem Einleitungselement orientiert. Beispielsweise ist eine Breite und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements quer und insbesondere senkrecht zu einer Längsmittelachse des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements orientiert.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements in einem Mittelbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements am größten ist, und/oder dass ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements in einem Randbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements am kleinsten ist. Es lässt sich dadurch die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung in dem Mittelbereich erhöhen und/oder in dem Randbereich verringern.
Insbesondere nimmt das Elastizitätsmodul des Strukturmaterials des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements von dem Mittelbereich zu dem Randbereich ab und insbesondere monoton ab.
Beispielsweise nimmt das Elastizitätsmodul des Strukturmaterials des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements radial nach außen ab.
Das Verteilungselement ist beispielsweise zumindest näherungsweise kegelförmig und/oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
Insbesondere weist das Verteilungselement ein oder mehrere Hohlräume auf. Die Hohlräume sind beispielsweise in einem Innenraum des Verteilungselements und/oder zwischen ein oder mehreren Wandungen des Verteilungselements angeordnet.
Bei einer Ausführungsform ist das Einleitungselement plattenförmig und/oder schalenförmig und/oder tellerförmig ausgebildet.
Insbesondere liegen das Einleitungselement und/oder der Anlagebereich des Einleitungselements zumindest näherungsweise in einer Oberfläche eines Kugelabschnitts.
Insbesondere sind das Einleitungselement und/oder der Anlagebereich zu dem Aufnahmeelement und/oder dem Verteilungselement hin gekrümmt. Beispielsweise weisen das Einleitungselement und/oder der Anlagebereich bezüglich einer Höhenrichtung der Krafteinleitungsvorrichtung eine konkave Krümmung auf, wobei bezüglich der Höhenrichtung das Aufnahmeelement unten angeordnet ist und das Einleitungselement oben angeordnet ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Verteilungselement und/oder das Einleitungselement zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse ausgebildet sind. Es lässt sich dadurch die Krafteinleitungsvorrichtung zumindest teilweise symmetrisch ausführen. Es ergibt sich dadurch ein symmetrischer und gleichmäßiger Kraftfluss.
Unter einem Mittelbereich und/oder Zentralbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements ist insbesondere ein Bereich zu verstehen, welcher an einer Längsmittelachse des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements angeordnet ist.
Beispielsweise ist unter einem Mittelbereich und/oder Zentralbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements ein Bereich zu verstehen, welcher bezüglich einer Breitenrichtung des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements auf Höhe einer Längsmittelachse des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements angeordnet ist.
Unter einem Randbereich und/oder einem radial äußeren Bereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements ist ein Bereich zu verstehen, welcher zu der Längsmittelachse in einer zu der Längsmittelachse quer und insbesondere senkrecht orientierten Richtung beabstandet angeordnet ist. Beispielsweise ist der Randbereich in einer Breitenrichtung des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements zu der Längsmittelachse beabstandet.
Unter dem Randbereich ist beispielsweise ein radial äußerer Endbereich des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements zu verstehen.
Eine radiale Richtung ist quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse des Verteilungselements und/oder des Einleitungselements orientiert.
Insbesondere ist der Anlagebereich quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse orientiert.
Günstig kann es sein, wenn eine dem Aufnahmeelement zugeordnete Kraftaufnahmefläche kleiner ist als eine dem Einleitungselement zugeordnete Kraftabgabefläche. Es wird dadurch eine von dem Aufnahmeelement aufgenommene Kraft auf eine größere Fläche verteilt und über diese größere Fläche abgegeben. Dadurch lässt sich eine gleichmäßige Abgabe der Kraft an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil erreichen.
Unter der Kraftaufnahmefläche ist eine Fläche der Krafteinleitungsvorrichtung zu verstehen, welche insbesondere dem Aufnahmeelement zugeordnet ist. Über die Kraftaufnahmefläche erfolgt eine Beaufschlagung der Krafteinleitungsvorrichtung mit einer Kraft, welche über die Kraftabgabefläche in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingeleitet wird.
Unter der Kraftabgabefläche ist eine Fläche zu verstehen, über welche eine von dem Aufnahmeelement der Krafteinleitungsvorrichtung aufgenommene Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingeleitet wird.
Insbesondere ist die Kraftaufnahmefläche um mindestens 30 % und insbesondere um mindestens 50 % und insbesondere um mindestens 70 % kleiner als die Kraftabgabefläche.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Einleitung von Kräften in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil mittels einer Krafteinleitungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend ein Aufnahmeelement, ein Einleitungselement und ein Verteilungselement, bei dem eine Kraft mittels des Aufnahmeelements aufgenommen wird, die von dem Aufnahmeelement aufgenommene Kraft mittels des Verteilungselements auf das Einleitungselement verteilt wird, und bei dem die Kraft mittels eines Anlagebereichs des Einleitungselements in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingeleitet wird, wobei eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer auf den Anlagebereich ausgeübten und zu dem Anlagebereich quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen des Anlagebereichs unterschiedlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere ein oder mehrere Vorteile und/oder Merkmale der erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung auf.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung durchgeführt. Insbesondere führt die erfindungsgemäße Krafteinleitungsvorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren aus.
Insbesondere wird der Anlagebereich der Krafteinleitungsvorrichtung an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil angeordnet. Dadurch lässt sich insbesondere eine Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil einleiten.
Günstig kann es sein, wenn die mittels des Einleitungselements in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingeleitete Kraft mittels an dem Anlagebereich angeordneten Verankerungselementen auf voneinander verschiedene Faserschichten des Faserverbundwerkstoff-Bauteils verteilt wird, wobei die voneinander verschiedenen Faserschichten in einer zu der eingeleiteten Kraft quer und insbesondere senkrecht orientierten Richtung zueinander beabstandet sind. Es lässt sich dadurch eine gleichmäßige Verteilung der eingeleiteten Kräfte auf verschiedene Faserschichten des Faserverbundwerkstoff-Bauteils erreichen.
Insbesondere dringen die Verankerungselemente unterschiedlich tief in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ein und/oder die Verankerungselemente kontaktieren voneinander verschiedene Faserschichten des Faserverbundwerkstoff-Bauteils.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die mittels des Einleitungselements eingeleitete Kraft pro Flächeneinheit in einem Mittelbereich des Einleitungselements am größten ist und/oder in einem Randbereich des Einleitungselements am kleinsten ist.
Falls nicht anders angegeben, ist unter der Angabe „zumindest näherungsweise“ zu verstehen, dass eine geometrische Form um durchschnittlich höchstens 10 % von einer angegebenen idealen geometrischen Form abweicht oder dass ein Wert und/oder ein Abstand und/oder ein Winkel um höchstens 10 % von dem angegebenen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht. Eine prozentuale Abweichung einer geometrischen Form von einer idealen geometrischen Form entspricht beispielsweise einer durchschnittlichen Abweichung einer Breite und/oder einer Länge und/oder einer Höhe der geometrischen Form von der Breite und/oder Länge und/oder Höhe einer idealen geometrischen Form.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Krafteinleitungsvorrichtung seitlich von oben;
2 eine perspektivische Darstellung der Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 1 seitlich von unten;
3 eine Schnittansicht eines Querschnitts durch eine Mittelebene der Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 1;
4 eine perspektivische Seitenansicht der Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 1;
5 eine Ansicht von unten auf die Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 1;
6 eine perspektivische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 1 zur Einleitung einer von einem Fahrwerksaufnehmer aufgenommenen Kraft in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil;
7 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Krafteinleitungsvorrichtung seitlich von oben;
8 eine perspektivische Darstellung der Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 7 seitlich von unten;
9 eine perspektivische Ansicht der Krafteinleitungsvorrichtung gemäß 7 mit daran angeordnetem Faserverbundwerkstoffbauteil-Bauteil; und
10 eine Detailansicht des Teilbereichs A gemäß 3.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung ist in den 1 bis 6 und 10 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet. Die Krafteinleitungsvorrichtung umfasst ein Aufnahmeelement 12 zur Aufnahme einer Kraft, ein Einleitungselement 14 zur Einleitung der Kraft in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 und ein Verteilungselement 18 zur Verteilung der von dem Aufnahmeelement 12 aufgenommenen Kraft auf das Einleitungselement 14.
Das Verteilungselement 18 ist zwischen dem Einleitungselement 14 und dem Aufnahmeelement 12 angeordnet. Das Aufnahmeelement 12 ist mittels des Verteilungselements 18 mit dem Einleitungselement 14 verbunden.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Aufnahmeelement 12 und/oder das Verteilungselement 18 und/oder das Einleitungselement 14 jeweils einstückig miteinander verbunden sind.
Das Aufnahmeelement 12 und/oder das Einleitungselement 14 und/oder das Verteilungselement 18 sind insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt oder umfassen ein metallisches Material. Das metallische Material ist beispielsweise Stahl, Kupfer oder Aluminium.
Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 ist beispielsweise aus einem Faserverbundkunststoff hergestellt oder umfasst einen Faserverbundkunststoff.
Das Einleitungselement 14 und/oder das Verteilungselement 18 sind insbesondere zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch bezüglich einer Längsmittelachse 20 ausgebildet.
Das Aufnahmeelement 12 weist einen Haltebereich 22 auf, an welchem beispielsweise ein Bauteil anordenbar ist. Der Haltebereich 22 ist an einem Wandungselement 24 des Aufnahmeelements 12 angeordnet und/oder ausgebildet.
Das Wandungselement 24 und/oder der Haltebereich 22 sind beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet.
Das Wandungselement 24 weist eine Innenseite 26 auf, an welcher das Bauteil anordenbar und/oder anlegbar ist.
Das Aufnahmeelement 12 ist, beispielsweise über den Haltebereich 22, mit einer Kraft beaufschlagbar. Diese Kraft wird mittels des Verteilungselements 18 auf das Einleitungselement 14 übertragen, mittels welchem die Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 einleitbar ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Einleitungselement 14 schalenförmig und/oder tellerförmig ausgebildet.
Ein Mittelpunkt 28 des Einleitungselements 14 liegt beispielsweise zumindest näherungsweise auf der Längsmittelachse 20.
Eine radiale Richtung 28 ist quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 orientiert und/oder liegt in einer quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 orientierten Ebene.
Ein Mittelbereich 30 und/oder Zentralbereich des Einleitungselements 14 und/oder des Verteilungselements 18 ist an der Längsmittelachse 20 angeordnet. Der Mittelbereich 30 und/oder Zentralbereich ist ein bezüglich der radialen Richtung 28 radial innerer Bereich des Einleitungselements 14 und/oder des Verteilungselements 18.
Ein Randbereich 32 des Einleitungselements 14 ist ein radial äußerer Bereich des Einleitungselements 14. Der Randbereich 32 ist in radialer Richtung 28 zu der Längsmittelachse 20 beabstandet angeordnet.
Ein Randbereich 33 des Verteilungselements 18 ist ein radial äußerer Bereich des Verteilungselements 18. Der Randbereich 33 ist in radialer Richtung 28 zu der Längsmittelachse 20 beabstandet angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Einleitungselement 14 zu dem Verteilungselement 18 und dem Aufnahmeelement 12 hin gekrümmt. Das Einleitungselement 14 ist beispielsweise bezüglich einer Höhenrichtung 34 der Krafteinleitungsvorrichtung 10 konkav gekrümmt.
Die Höhenrichtung 34 ist insbesondere parallel zu der Längsmittelachse 20 orientiert. Bezüglich der Höhenrichtung 34 ist das Aufnahmeelement 12 unten angeordnet und das Einleitungselement 14 oben angeordnet.
Beispielsweise liegt das Einleitungselement 14 zumindest näherungsweise in einer Erstreckungsfläche, welche quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 orientiert ist. Das Einleitungselement 14 liegt beispielsweise zumindest näherungsweise auf einer Oberfläche eines Kugelabschnitts.
An einer dem Verteilungselement 18 und/oder dem Aufnahmeelement 12 abgewandten Oberseite 36 des Einleitungselements 14 ist ein Anlagebereich 38 ausgebildet, mittels welchem das Einleitungselement 14 an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 anlegbar ist. Beispielsweise ist der Anlagebereich 38 an eine Seite 40 und/oder an einen Bereich des Faserverbundwerkstoff-Bauteils 16 anlegbar.
Dem Anlagebereich 38 ist eine Kraftabgabefläche 42 zugeordnet, mittels welcher sich eine Kraft auf das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 ausüben lässt und/oder sich eine Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 einleiten lässt.
Unter der Kraftabgabefläche 42 ist beispielsweise eine Kontaktfläche zwischen dem Anlagebereich 38 und dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 zu verstehen, wenn das Einleitungselement 14 ordnungsgemäß an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 angeordnet ist (vgl. 6).
Das Einleitungselement 14 und/oder der Anlagebereich 38 weisen insbesondere eine zu dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 und insbesondere eine zu der Seite 40 des Faserverbundwerkstoff-Bauteils 16 korrespondierende Form auf.
Bei ordnungsgemäßer Positionierung der Krafteinleitungsvorrichtung 10 an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 liegen die Oberseite 36 und/oder der Anlagebereich 38 insbesondere bündig an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 an. Beispielsweise liegen die Oberseite 36 und/oder der Anlagebereich 38 bündig an der Seite 40 des Faserverbundwerkstoff-Bauteils 16 an.
Mittels des Einleitungselements 14 lässt sich in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 eine Kraft F einleiten, welche quer und insbesondere senkrecht zu dem Einleitungselement 14 und/oder zu der Oberseite 36 und/oder zu dem Anlagebereich 38 orientiert ist. Insbesondere ist die Kraft F zumindest näherungsweise parallel zu der Längsmittelachse 20 orientiert.
Mittels des Einleitungselements 14 lässt sich die Kraft F verteilt über die Kraftabgabefläche 42 in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 einleiten.
Beispielsweise ist die Kraft F eine Druckkraft oder eine Zugkraft.
Dem Aufnahmeelement 12 ist eine Kraftaufnahmefläche 44 zugeordnet, mittels welcher die Krafteinleitungsvorrichtung 10 mit einer Kraft beaufschlagbar ist.
Beispielsweise ist die Kraftaufnahmefläche 44 eine Kontaktfläche zwischen dem Aufnahmeelement 12 und einem an dem Aufnahmeelement 12 angeordneten Bauteil 46 (vgl. 6).
Insbesondere entspricht die Kraftaufnahmefläche 44 einer Fläche eines Bereichs, über welchen eine Einleitung einer an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 abzugebenden Kraft erfolgt.
Bei der erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung ist die Kraftabgabefläche 42 größer als die Kraftaufnahmefläche 44. Die über die Kraftaufnahmefläche 44 aufgenommene Kraft wird mittels des Verteilungselements 18 auf die Kraftabgabefläche 42 verteilt und anschließend in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 eingeleitet.
Der Anlagebereich 38 weist eine Mehrzahl voneinander verschiedener räumlicher Bereiche 48 auf. Eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 ist bezüglich einer auf den Anlagebereich ausgeübten und zu dem Anlagebereich 38 quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen 48 des Anlagebereichs 38 unterschiedlich.
Beispielsweise sind in 1 zwei voneinander verschiedene räumliche Bereiche 48a und 48b angedeutet. Der räumliche Bereich 48a liegt in dem Randbereich 32 des Einleitungselements 14. Der Bereich 48b liegt in dem Mittelbereich 30 des Einleitungselements 14.
Unter der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 ist insbesondere eine Steifigkeit des Einleitungselements 14 und/oder des Verteilungselements 18 und/oder des Aufnahmeelements 12 bezüglich einer quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich 38 orientierten Kraft zu verstehen. Insbesondere ist unter der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 eine Steifigkeit bezüglich einer auf den Anlagebereich 38 ausgeübten Druckkraft und/oder Zugkraft zu verstehen, welche quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich 38 orientiert ist.
Insbesondere ist die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 bezüglich einer zu dem Anlagebereich 38 quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft F in dem Mittelbereich 30 des Anlagebereichs 38 am größten und/oder in dem Randbereich 32 des Anlagebereichs 38 am kleinsten. Beispielsweise nimmt die Steifigkeit von dem Mittelbereich 30 zu dem Randbereich 32 ab und insbesondere monoton ab.
Zur Variation der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 bezüglich einer zu dem Anlagebereich 38 quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft F ist beispielsweise eine Dicke D1 eines Strukturmaterials 50 des Einleitungselements 14 in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen 48 unterschiedlich gewählt (vgl. 3). Die Dicke D1 ist ein kürzester Abstand zwischen der Oberseite 36 und einer der Oberseite 36 gegenüberliegenden Unterseite 52 des Strukturmaterials 50 des Einleitungselements 14. Die Unterseite 52 ist dem Verteilungselement 18 und/oder dem Aufnahmeelement 12 zugewandt.
Insbesondere ist die Dicke D1 des Strukturmaterials 50 in dem Mittelbereich 30 am größten und/oder in dem Randbereich 32 am kleinsten.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein Elastizitätsmodul des Strukturmaterials 50 des Einleitungselements 14 in dem Mittelbereich 30 am größten ist und/oder in dem Randbereich 32 am kleinsten ist.
Unter dem Elastizitätsmodul ist ein Elastizitätsmodul bezüglich einer auf einen räumlichen Bereich 48 des Anlagebereichs 38 ausgeübten Kraft zu verstehen, welche quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich 38 orientiert ist.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials 53 des Verteilungselements 18 in dem Mittelbereich 30 und/oder in einem dem Mittelbereich 30 zugewandten Bereich 54 des Strukturmaterials 53 am größten ist, und/oder dass ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials 53 des Verteilungselements 18 in dem Randbereich 33 und/oder in einem dem Randbereich 33 zugewandten Bereich 56 des Strukturmaterials 53 am kleinsten ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Verteilungselement 18 zumindest näherungsweise kegelförmig ausgebildet.
Das Verteilungselement 18 weist ein erstes Ende 58 und eines dem ersten Ende 58 gegenüberliegendes zweites Ende 60 auf. Das erste Ende 58 ist an dem Aufnahmeelement 12 angeordnet und das zweite Ende 60 ist an dem Einleitungselement 14 angeordnet.
Das Verteilungselement 18 weist eine zu der Längsmittelachse 20 quer und insbesondere senkrecht orientierte Breite B1 auf.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Breite B1 parallel zu der radialen Richtung 28 orientiert (vgl. 3). Beispielsweise entspricht die Breite B1 einem in radialer Richtung 28 orientierten Durchmesser des Verteilungselements 18.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Breite B1 und/oder der Durchmesser des Verteilungselements 18 an dem ersten Ende 58 am kleinsten und/oder an dem zweiten Ende 60 am größten.
Unter der Breite B1 und/oder dem Durchmesser des Verteilungselements 18 ist ein kürzester Abstand von einander gegenüberliegenden radial äußeren Wandungen 62 und/oder Wandungsbereichen des Verteilungselements 18 zu verstehen. Die einander gegenüberliegenden Wandungen 62 oder Wandungsbereiche liegen beispielsweise achsensymmetrisch bezüglich einer durch die Längsmittelachse 20 verlaufenden Ebene.
Bei dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Breite B1 und/oder der Durchmesser beispielsweise ein kürzester Abstand zwischen einander gegenüberliegenden radial äußeren Wandungen und/oder Wandungsbereichen 62a und 62b.
Eine Breite B2 und/oder ein Durchmesser des Einleitungselements 14 ist quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 orientiert. Die Breite B2 ist beispielsweise parallel zu der Breite B1 und/oder parallel zu der radialen Richtung 28 orientiert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Breite B2 einem Durchmesser und/oder einem zweifachen Radius des Einleitungselements 14.
Unter der Breite B2 und/oder dem Durchmesser des Einleitungselements 14 ist eine maximale Breite und/oder ein maximaler Durchmesser des Einleitungselements 14 in einer zu der Längsmittelachse 20 quer und insbesondere senkrecht orientierten Richtung zu verstehen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Breite B2 und/oder der Durchmesser des Einleitungselements 14 größer als die Breite B1 und/oder der Durchmesser des Verteilungselements an dem zweiten Ende 60.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verteilungselement 18 zumindest teilweise als Hohlelement ausgebildet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verteilungselement 18 zumindest näherungsweise hohlkegelförmig ausgebildet.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verteilungselement 18 die Wandung 62 auf, welche eine radial äußere Wandung des Verteilungselements 18 ist. Weiterhin weist das Verteilungselement 18 eine radial innere Wandung 64 auf, welche zu der Wandung 62 beabstandet angeordnet ist.
Die Wandung 62 und die radial innere Wandung 64 verlaufen beispielsweise zumindest bereichsweise parallel zueinander.
Zwischen der Wandung 62 und der radial inneren Wandung 64 ist ein erster Hohlraum 66 ausgebildet.
Die radial innere Wandung 64 und/oder das Einleitungselement 14 und/oder das Wandungselement 24 begrenzen einen zweiten Hohlraum 68.
Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass an dem Verteilungselement 18 und/oder an dem Einleitungselement 14 eine Verstärkungsstruktur 70 zur mechanischen Verstärkung angeordnet ist. Die Verstärkungsstruktur 70 ist oder umfasst beispielsweise eine Rippenstruktur 72.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkungsstruktur 70 und/oder die Rippenstruktur 72 an der Unterseite 52 und/oder an einer Außenseite 74 der Wandung 62 angeordnet. Die Unterseite 52 und/oder die Außenseite 74 sind insbesondere der Oberseite 36 abgewandte Seiten und/oder dem Aufnahmeelement 12 zugewandte Seiten.
Die Rippenstruktur 72 weist eine Mehrzahl von Rippenelementen 76 auf, welche quer und insbesondere senkrecht zueinander orientiert sind.
Insbesondere ist die Verstärkungsstruktur 70 und/oder die Rippenstruktur 72 an einem dem zweiten Ende 60 des Verteilungselements 18 liegenden Teilbereich 78 des Verteilungselements 18 angeordnet. Der Teilbereich 78 ist insbesondere ein dem Einleitungselement 14 zugewandter Bereich des Verteilungselements 18.
Insbesondere ist an einem an dem ersten Ende 58 liegenden Teilbereich 80 des Verteilungselements 18 keine Verstärkungsstruktur 70 und/oder keine Rippenstruktur 72 angeordnet. Der Teilbereich 80 ist ein dem Aufnahmeelement 12 zugewandter Bereich des Verteilungselements 18.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass eine Rippendichte der Rippenstruktur 72 in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen 82 des Einleitungselements 14 und/oder des Verteilungselements 18 unterschiedlich ist. Unter der Rippendichte ist insbesondere eine Anzahl von Rippenelementen 76 pro Volumeneinheit zu verstehen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Rippendichte in dem Mittelbereich 30 und/oder Zentralbereich des Einleitungselements 14 und/oder des Verteilungselements 18 am größten ist. Insbesondere ist die Rippendichte in dem Randbereich 32 des Einleitungselements 14 und/oder in dem Randbereich 33 des Verteilungselements 18 am kleinsten.
Beispielsweise sind an dem Randbereich 32 und/oder an dem Randbereich 33 keine Rippenelemente angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist das Einleitungselement 14 eine Mehrzahl von Verankerungselementen 84 auf, welche an dem Anlagebereich 38 angeordnet sind. Die Verankerungselemente 84 sind beispielsweise flächig über den Anlagebereich 38 und/oder die Oberseite 36 verteilt angeordnet.
Bei Anordnung des Einleitungselements 14 an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 dringen die Verankerungselemente 84 in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 ein.
Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 weist beispielsweise eine Mehrzahl von Faserlagen auf, welche schichtweise übereinander angeordnet sind. Mittels der Verankerungselemente 84 lässt sich die einzuleitende Kraft F auf eine oder mehrere Faserlagen des Faserverbundwerkstoff-Bauteils 16 verteilen.
Das Verankerungselement 84 weist ein Stabelement 86 auf, welches an dem Anlagebereich 38 und/oder der Oberseite 36 mit dem Strukturmaterial 50 des Einleitungselements 14 verbunden ist und insbesondere einstückig verbunden ist (10). Das Stabelement 86 ist beispielsweise zylinderförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet.
Das Stabelement 86 erstreckt sich von einem an der Oberseite 36 und/oder an dem Anlagebereich 38 angeordneten ersten Ende 88 zu einem dem ersten Ende 88 gegenüberliegenden zweiten Ende 89.
An dem zweiten Ende 89 ist an dem Stabelement 86 ein Kappenelement 90 angeordnet. Das Kappenelement 90 ist beispielsweise kegelförmig und/oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
Das Kappenelement 90 weist ein an dem zweiten Ende 89 des Stabelements 86 angeordnetes erstes Ende 91 auf. Ein zweites Ende 92 des Kappenelements 90 ist dem ersten Ende 91 gegenüberliegend.
Insbesondere ist ein Radius des Kappenelements 90 an dem ersten Ende 91 am größten und/oder an dem zweiten Ende 92 am kleinsten.
Das Verankerungselement 84 weist eine Länge L1 auf, wobei eine Längenrichtung der Länge L1 quer und insbesondere senkrecht zu der Oberseite 36 und/oder zu dem Anlagebereich 38 orientiert ist. Die Länge L1 ist beispielsweise ein kürzester Abstand zwischen dem ersten Ende 88 des Stabelements 86 und dem zweiten Ende 92 des Kappenelements 90.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist es vorgesehen, dass eine jeweilige Länge L1 voneinander verschiedener Verankerungselemente 84 unterschiedlich ist. Beispielsweise liegen die jeweiligen Längen L1 der Verankerungselemente 84 innerhalb eines bestimmten Längenbereichs.
Durch die unterschiedlichen Längen L1 der Verankerungselemente 84 lässt sich eine in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 einzuleitende Kraft auf verschiedene Faserlagen des Faserverbundwerkstoff-Bauteils verteilen, indem die Verankerungselemente 84 unterschiedlich tief in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil eindringen, wenn das Einleitungselement 14 mit dem Anlagebereich 38 ordnungsgemäß an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 positioniert ist.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Krafteinleitungsvorrichtung 10' ist in den 7 bis 9 gezeigt. Die Krafteinleitungsvorrichtung 10' weist grundsätzlich den gleichen Aufbau auf wie die vorstehend beschriebene Krafteinleitungsvorrichtung 10. Gleiche und technisch äquivalente Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Für diese Elemente gilt die vorstehende Beschreibung weiterhin.
Die Krafteinleitungsvorrichtung 10' weist im Vergleich zu der Krafteinleitungsvorrichtung 10 eine alternative Ausführungsform eines Einleitungselements und eines Verteilungselements auf.
Die Krafteinleitungsvorrichtung 10' umfasst das Aufnahmeelement 12, ein Verteilungselement 18' und ein Einleitungselement 14', wobei das Einleitungselement 14' mittels des Verteilungselements 18' mit dem Aufnahmeelement 12 verbunden ist.
Das Verteilungselement 18' weist eine Rippenstruktur 72' auf, welche eine Mehrzahl von Rippenelementen 76' umfasst.
Insbesondere besteht das Verteilungselement 18' aus den Rippenelementen 76' und/oder aus der Rippenstruktur 72'.
Die Rippenelemente 76' erstrecken sich zwischen dem Aufnahmeelement 12 und dem Einleitungselement 14. Beispielsweise ist ein dem Aufnahmeelement 12 gegenüberliegendes Ende 94 der Rippenelemente 76' an der Unterseite 52 des Einleitungselements 14' angeordnet.
Bei dem in 7 gezeigten Beispiel verläuft die Längsmittelachse 20 insbesondere parallel zu einer kürzesten Verbindungsstrecke zwischen dem Aufnahmeelement 12 und dem Einleitungselement 14'.
Die Rippenstruktur 72' weist beispielsweise eine Mehrzahl innerer Rippenelemente 96 auf, welche zumindest näherungsweise parallel zu der Längsmittelachse 20 orientiert sind. Die inneren Rippenelemente 96 sind beispielsweise jeweils in einer zu der Längsmittelachse 20 quer und insbesondere senkrecht verlaufenden Richtung 98 zueinander beabstandet.
Die Richtung 98 entspricht beispielsweise einer Längsrichtung des Aufnahmeelements 12 und/oder dem Wandungselement 24 des Aufnahmeelements 12.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Rippenstruktur 72' eine Mehrzahl äußerer Rippenelemente 100 aufweist, welche zu der Längsmittelachse 20 quer und insbesondere senkrecht orientiert sind.
Beispielsweise sind äußere Rippenelemente 100a und äußere Rippenelemente 100b jeweils einander gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere sind die äußeren Rippenelemente 100a und die äußeren Rippenelemente 100b symmetrisch bezüglich einer Ebene angeordnet, welche parallel zu der Längsmittelachse 20 und/oder parallel zu der Richtung 98 verläuft.
Beispielsweise liegen das äußere Rippenelement 100a, das äußere Rippenelement 100b und das innere Rippenelement 96 in einer Ebene, welche beispielsweise parallel zu der Längsmittelachse 20 orientiert ist.
Die Breite B1 der Rippenstruktur 72' ist ein Abstand zwischen dem äußeren Rippenelement 100a und dem dem äußeren Rippenelement 100a gegenüberliegenden äußeren Rippenelement 100b, wobei die Breitenrichtung quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 und/oder quer und insbesondere senkrecht zu der Richtung 98 orientiert ist.
Die Rippenelemente 76' weisen eine Breite B3 auf, wobei eine Breitenrichtung quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 orientiert ist. Eine Dicke D2 der Rippenelemente 76' ist beispielsweise in einer Dickenrichtung orientiert, welche senkrecht zu der Breitenrichtung und/oder senkrecht zu der Längsmittelachse 20 liegt.
Beispielsweise weisen die inneren Rippenelemente 96 eine größere Breite B3 und/oder eine größere Dicke D2 auf als die äußeren Rippenelemente 100a und/oder 100b.
Die inneren Rippenelemente 96 liegen beispielsweise zumindest teilweise in dem Mittelbereich 30. Die äußeren Rippenelemente 100 liegen beispielsweise zumindest teilweise in dem Randbereich 33.
Das Einleitungselement 14' ist bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet. Insbesondere weist das Einleitungselement 14' keine Verankerungselemente 84 auf.
Das Einleitungselement 14' weist eine zu einem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16' korrespondierende Form auf, sodass das Einleitungselement 14' mit dem Anlagebereich 38 an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16' anlegbar ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 weist das Einleitungselement 14' eine Stufe 102 auf, mittels welcher an dem Einleitungselement 14' ein Höhenversatz in einer zu der Längsmittelachse 20 parallelen Richtung ausgebildet ist. Die Stufe 102 erstreckt sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest näherungsweise parallel zu der Richtung 98.
Die Breite B2 des Einleitungselements 14' ist in einer Breitenrichtung orientiert, welche quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 20 liegt.
Die Dicke D1 des Strukturmaterials 50 des Einleitungselements 14' ist bezüglich der Richtung 98 konstant. Die Richtung 98 ist beispielsweise eine Tiefenrichtung des Einleitungselements 14'.
Die Dicke D1 ist bezüglich der Breitenrichtung der Breite B2 variabel. Beispielsweise ist die Dicke D1 in dem Mittelbereich 30 am größten und/oder an dem Randbereich 32 am kleinsten.
Die Krafteinleitungsvorrichtung 10 funktioniert wie folgt:

Zur Einleitung einer Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 mittels der Krafteinleitungsvorrichtung 10 wird die Krafteinleitungsvorrichtung 10 über das Aufnahmeelement 12 mit einer Kraft beaufschlagt.

Die von dem Aufnahmeelement 12 aufgenommene Kraft wird mittels des Verteilungselements 18 auf das Einleitungselement 14 verteilt.
Mittels des Anlagebereichs 38, welcher an dem Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 anliegt, wird die Kraft flächig in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 eingeleitet.
Die Aufnahme der Kraft erfolgt durch die Krafteinleitungsvorrichtung 10 über die Kraftaufnahmefläche 44, welche kleiner ist als die Kraftabgabefläche 42, über welche die Abgabe der Kraft auf das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 erfolgt. Es lässt sich dadurch eine flächige Einleitung der Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 erreichen.
Insbesondere ist die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer zu dem Anlagebereich 38 quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft in dem Mittelbereich 30 am größten und/oder an dem Randbereich 32 am kleinsten. Dadurch wird eine graduelle Einleitung der Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 erreicht.
Die Variation der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 wird beispielsweise durch eine Variation der Rippendichte der Rippenstruktur 72 in unterschiedlichen räumlichen Bereichen 82 erreicht.
Alternativ oder zusätzlich wird die Variation der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 durch eine Variation der Dicke D1 des Einleitungselements 14 und/oder durch eine Variation der Breite B3 und/oder der Dicke D2 der Rippenelemente 76 realisiert.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass zur Variation der Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung 10 ein Elastizitätsmodul des Strukturmaterials 50 des Einleitungselements 14 variiert wird und/oder ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials 53 des Verteilungselements 18 variiert wird.
Die Verankerungselemente 84, welche an dem Anlagebereich 38 angeordnet sind, dringen aufgrund ihrer unterschiedlichen Längen L1 jeweils unterschiedlich tief in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil ein. Es wird dadurch eine gezielte Einleitung der Kraft in unterschiedliche Faserschichten des Faserverbundwerkstoff-Bauteils 16 realisiert.
Bei dem in 6 gezeigten Beispiel ist das Bauteil 46 Teil eines Fahrwerksaufnehmers. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 ist ein Federbeindom aus einem Faserverbundkunststoff-Material.
Bei dem gezeigten Beispiel wird mittels der Krafteinleitungsvorrichtung 10 die von dem Bauteil 46 abgegebene Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil 16 eingeleitet.
Bezugszeichenliste

F: Kraft
D1: Dicke
D2: Dicke
B1: Breite
B2: Breite
B3: Breite
L1: Länge
10: Krafteinleitungsvorrichtung
10': Krafteinleitungsvorrichtung
12: Aufnahmeelement
14: Einleitungselement
14': Einleitungselement
16: Faserverbundwerkstoff-Bauteil
16': Faserverbundwerkstoff-Bauteil
18: Verteilungselement
18': Verteilungselement
20: Längsmittelachse
22: Haltebereich
24: Wandungselement
26: Innenseite
28: radiale Richtung
30: Mittelbereich
32: Randbereich
33: Randbereich
34: Höhenrichtung
36: Oberseite
38: Anlagebereich
40: Seite
42: Kraftabgabefläche
44: Kraftaufnahmefläche
46: Bauteil
48: Bereich
48a: Bereich
48b: Bereich
50: Strukturmaterial
52: Unterseite
53: Strukturmaterial
54: Bereich
56: Bereich
58: erstes Ende
60: zweites Ende
62: Wandung
62a: Wandung
62b: Wandung
64: radial innere Wandung
66: erster Hohlraum
68: zweiter Hohlraum
70: Verstärkungsstruktur
72: Rippenstruktur
72': Rippenstruktur
74: Außenseite
76: Rippenelement
76': Rippenelement
78: Teilbereich
80: Teilbereich
82: Bereich
84: Verankerungselement
86: Stabelement
88: erstes Ende
89: zweites Ende
90: Kappenelement
91: erstes Ende
92: zweites Ende
94: Ende
96: inneres Rippenelement
98: Richtung
100: äußeres Rippenelement
100a: äußeres Rippenelement
100b: äußeres Rippenelement
102: Struktur

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 102012215587 A1 [0003]
DE 102014107803 A1 [0004]
DE 102009047671 A1 [0005]
DE 102010054097 A1 [0006]
US 5862975 A [0007]
US 2010/0209185 A1 [0008]

Claims

Krafteinleitungsvorrichtung zur Einleitung von Kräften in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16'), umfassend ein Aufnahmeelement (12) zur Aufnahme einer Kraft, ein Einleitungselement (14; 14') zur Einleitung der Kraft in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16') und ein Verteilungselement (18; 18') zur Verteilung der von dem Aufnahmeelement (12) aufgenommenen Kraft auf das Einleitungselement (14; 14'), wobei das Aufnahmeelement (12) mittels des Verteilungselements (18; 18') mit dem Einleitungselement (14; 14') verbunden ist, und wobei das Einleitungselement (14; 14') einen Anlagebereich (38) zur Anlage des Einleitungselements (14; 14') an das Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16, 16') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer auf den Anlagebereich (38) ausgeübten und zu dem Anlagebereich (38) quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft (F) in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (48a, 48b) des Anlagebereichs (38) unterschiedlich ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleitungselement (14; 14') eine Mehrzahl von Verankerungselementen (84) aufweist, welche an dem Anlagebereich (38) angeordnet sind.
Krafteinleitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Länge (L1) voneinander verschiedener Verankerungselemente (84) unterschiedlich ist, wobei eine Längenrichtung der Verankerungselemente (84) quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich (38) orientiert ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungselemente (84) in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (48a, 48b) des Anlagebereichs (38) angeordnet sind, und dass eine jeweilige Länge (L1) oder ein jeweiliger Längenbereich von Verankerungselementen (84) in den voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (48a, 48b) unterschiedlich ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L1) der Verankerungselemente (84) mindestens 1mm und/oder höchstens 10mm beträgt, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L1) der Verankerungselemente (84) mindestens 2mm und/oder höchstens 5mm beträgt.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungselemente (84) jeweils ein Kappenelement (90) aufweisen, welches an einem dem Anlagebereich (38) des Einleitungselements (14; 14') gegenüberliegenden Ende (92) des Verankerungselements (84) angeordnet ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilungselement (18, 18') und/oder das Aufnahmeelement (12) und/oder das Einleitungselement (14; 14') einstückig miteinander verbunden sind.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verteilungselement (18; 18') und/oder an dem Einleitungselement (14; 14') eine Rippenstruktur (72, 72') angeordnet und/oder ausgebildet ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rippendichte der Rippenstruktur (72; 72') in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (82) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') unterschiedlich ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rippendichte der Rippenstruktur (72; 72') in einem Mittelbereich (30) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') am größten ist, und/oder dass eine Rippendichte der Rippenstruktur (72; 72') in einem Randbereich (32; 33) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') am kleinsten ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D1) eines Strukturmaterials (50) des Einleitungselements (14, 14') in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (82) des Einleitungselements (14; 14') unterschiedlich ist, wobei eine Dickenrichtung quer und insbesondere senkrecht zu dem Anlagebereich (38) orientiert ist, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D1) des Einleitungselements (14; 14') in einem Mittelbereich (30) des Einleitungselements (14; 14') am größten ist und/oder in einem Randbereich (32) des Einleitungselements (14; 14') am kleinsten ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer zu dem Anlagebereich (38) quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft (F) in einem Mittelbereich (30) des Anlagebereichs (38) am größten ist und/oder in einem Randbereich (32) des Anlagebereichs (38) am kleinsten ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B1) und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements (18; 18') an einem an dem Aufnahmeelement (12) angeordneten ersten Ende (58) des Verteilungselements (18; 18') geringer ist als eine Breite (B1) und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements (18; 18') an einem an dem Einleitungselement (14; 14') angeordneten zweiten Ende (60) des Verteilungselements (18; 18').
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B1) und/oder ein Durchmesser des Verteilungselements (18; 18') an einem dem Einleitungselement (14; 14') angeordneten zweiten Ende (60) des Verteilungselements (18; 18') kleiner ist als eine maximale Breite (B2) und/oder ein maximaler Durchmesser des Einleitungselements (14; 14').
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials (50; 53) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') in einem Mittelbereich (30) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') am größten ist, und/oder dass ein Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials (50; 53) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') in einem Randbereich (32, 33) des Verteilungselements (18; 18') und/oder des Einleitungselements (14; 14') am kleinsten ist.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilungselement (18; 18') und/oder das Einleitungselement (14; 14') zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse (20) ausgebildet sind.
Krafteinleitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Aufnahmeelement (12) zugeordnete Kraftaufnahmefläche (44) kleiner ist als eine dem Einleitungselement (14; 14') zugeordnete Kraftabgabefläche (42).
Verfahren zur Einleitung von Kräften in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16') mittels einer Krafteinleitungsvorrichtung, umfassend ein Aufnahmeelement (12), ein Einleitungselement (14; 14') und ein Verteilungselement (18; 18'), bei dem eine Kraft mittels des Aufnahmeelements (12) aufgenommen wird, die von dem Aufnahmeelement (12) aufgenommene Kraft mittels des Verteilungselements (18; 18') auf das Einleitungselement (14; 14') verteilt wird, und bei dem die Kraft mittels eines Anlagebereichs (38) des Einleitungselements (14; 14') in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16') eingeleitet wird, wobei eine Steifigkeit der Krafteinleitungsvorrichtung bezüglich einer auf den Anlagebereich (38) ausgeübten und zu dem Anlagebereich (38) quer und insbesondere senkrecht orientierten Kraft (F) in voneinander verschiedenen räumlichen Bereichen (48a, 48b) des Anlagebereichs (38) unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Einleitungselements (14; 14') in das Faserverbundwerkstoff-Bauteil (16; 16') eingeleitete Kraft mittels an dem Anlagebereich (38) angeordneten Verankerungselementen (84) auf voneinander verschiedene Faserschichten des Faserverbundwerkstoff-Bauteils (16; 16') verteilt wird, wobei die voneinander verschiedenen Faserschichten in einer zu der eingeleiteten Kraft quer und insbesondere senkrecht orientierten Richtung zueinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Einleitungselements (14; 14') eingeleitete Kraft pro Flächeneinheit in einem Mittelbereich (30) des Einleitungselements (14; 14') am größten ist und/oder in einem Randbereich (32) des Einleitungselements (14; 14') am kleinsten ist.