DE102019124038A1

DE102019124038A1 - Buchse zum Einsetzen in ein faserverstärktes Hohlprofil und Baugruppe mit faserverstärktem Hohlprofil und Buchse

Info

Publication number: DE102019124038A1
Application number: DE102019124038.7A
Authority: DE
Inventors: Elmar JAEGER
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Es wird eine Buchse (14) zum nachträglichen Einsetzen in ein faserverstärktes Hohlprofil (12) angegeben, wobei die Buchse (14) zwei entgegengesetzt gerichtete Stirnseiten (16, 18) und zwei zwischen den Stirnseiten (16, 18) angeordnete Absätze (20, 22) mit in axialer Richtung weisenden Auflageflächen (24, 26) hat, wobei die Auflageflächen (24, 26) in die gleiche axiale Richtung weisen. Des Weiteren wird eine Baugruppe (10) mit mindestens einem faserverstärkten Hohlprofil (12) und mindestens einer Buchse (14) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Buchse zum nachträglichen Einsetzen in ein faserverstärktes Hohlprofil und eine Baugruppe mit einem faserverstärkten Hohlprofil und einer Buchse.
Aus Gewichts- und Festigkeitsoptimierungsgründen werden im Fahrzeugbau vermehrt faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt.
Beim Verschrauben und/oder Verklemmen von faserverstärkten Hohlprofilen können diese gestaucht beziehungsweise gequetscht werden. Dies ist unerwünscht, da es hierbei zu Rissen im Material kommen kann, was sich wiederum negativ auf die Lebensdauer des Hohlprofils auswirken kann. Zudem kann es nach einer gewissen Zeit zum Setzten des faserverstärkten Materials kommen. Unter dem Begriff „setzten“ versteht man in diesem Zusammenhang das langsame Zusammendrücken des Harzes, in welches die Fasern des Materials eingebettet sind. Aufgrund des Setzens des Materials kann es zu einer bereichsweisen Verringerung einer Wandstärke der Wandungen des Hohlprofils kommen.
Des Weiteren müssen Krafteinleitungselemente wie Buchsen in der Serienfertigung aufwendig einlaminiert werden.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Buchse bereitzustellen, welche speziell auf die Anforderungen bei der Befestigung eines faserverstärkten Hohlprofils abgestimmt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Buchse zum nachträglichen Einsetzen in ein faserverstärktes Hohlprofil, wobei die Buchse zwei entgegengesetzt gerichtete Stirnseiten und zwei zwischen den Stirnseiten angeordnete Absätze mit in axialer Richtung weisenden Auflageflächen hat, wobei die Auflageflächen in die gleiche axiale Richtung weisen.
Die Auflageflächen dienen insbesondere zur Anlage an zwei beabstandeten Wandungen eines faserverstärkten Hohlprofils. Indem die Auflageflächen zwischen den Stirnseiten angeordnet sind und in die gleiche Richtung weisen, können sich die beabstandeten Wandungen eines Hohlprofils an den Auflageflächen derart abstützen, dass ein Quetschen beziehungsweise ein Stauchen des Hohlprofils selbst sowie auch der beabstandeten Wandungen zuverlässig verhindert wird. Die Buchse kann dabei wie ein Abstandshalter zwischen zwei beabstandeten Wandungen eines Hohlprofils wirken.
Der Abstand der ersten Auflagefläche von der ersten Stirnseite entspricht dabei im Wesentlichen dem Abstand der zweiten Auflagefläche von der zweiten Stirnseite, insbesondere sind die Abstände jeweils gleich.
Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden Auflageflächen in einer stirnseitigen Ansicht auf die Auflageflächen gesehen nicht deckungsgleich und überdecken sich vorzugsweise auch nicht teilweise. Auf diese Weise sind die beiden Auflageflächen in axialer Richtung frei zugänglich, sodass die Wandungen des Hohlprofils beim Einsetzen der Buchse mit den Auflageflächen in Kontakt kommen können. Insbesondere ist die Buchse frei von Hinterschneidungen. Ferner kann die Buchse von einer Seite des Hohlprofils eingeschoben werden, ohne nachträgliches Umformen des Hohlprofils.
Beispielsweise umgibt in einer stirnseitigen Ansicht auf die Auflageflächen die erste Auflagefläche die zweite Auflagefläche. Somit kann sich jede Wandung des Hohlprofils vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs der Buchse abstützen.
Die Buchse weist vorzugsweise einen Verdrehschutz auf. Dadurch kann die Buchse besonders stabil, insbesondere verdrehsicher in einem Hohlprofil aufgenommen sein. Der Verdrehschutz ist beispielsweise realisiert, indem ein Profilabschnitt der Buchse, der nach dem Fügen der Buchse in einer Wandung des Hohlprofils aufgenommen ist, eine Abflachung oder eine andere nicht kreisrunde Form hat, zum Beispiel eine ovale Form. Alternativ kann der Verdrehschutz durch eine radial abstehende Nase realisiert sein, die in eine entsprechende Nut im Hohlprofil eingreifen kann. Eine Abflachung beziehungsweise eine nicht kreisrunde Form lässt sich jedoch fertigungstechnisch deutlich einfacher realisieren als eine radial abstehende Nase.
Vorzugsweise entspricht ein Außenrand der zweiten Auflagefläche einem Innenrand der ersten Auflagefläche. Auf diese Weise kann eine Größe der Buchse, insbesondere ein Außendurchmesser der Buchse, in Abhängigkeit von einem notwendigen Innendurchmesser der Buchse möglichst gering gehalten werden.
Die Auflageflächen können ringförmig, insbesondere kreisringförmig sein. Durch eine ringförmige Ausbildung der Auflageflächen kann eine besonders große Abstützung des Hohlprofils mit einer gleichmäßigen Krafteinleitung realisiert sein. Insbesondere können Spannungsspitzen im Hohlprofil vermieden werden, wodurch die Lebensdauer des Profils verbessert sein kann.
Bei einer kreisringförmigen Ausbildung der Auflageflächen entspricht ein Außendurchmesser der zweiten Auflagefläche vorzugsweise dem Innendurchmesser der ersten Auflagefläche. Die erste Auflagefläche ist folglich größer als die zweite Auflagefläche.
Zwischen den beiden Auflageflächen kann eine Wandung der Buchse verjüngt und/oder abgestuft sein. Auf diese Weise ist die Buchse besonders leicht und der Materialeinsatz ist gering.
Der Innendurchmesser der Buchse ist vorzugsweise konstant.
Vorzugsweise ist die Buchse einteilig. Beispielsweise ist die Buchse ein Drehteil. Alternativ kann die Buchse ein Spritzgussteil sein.
Insbesondere besteht die Buchse aus Metall.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Baugruppe, die mindestens ein faserverstärktes Hohlprofil und mindestens eine Buchse, die wie vorhergehend beschrieben ausgebildet ist, aufweist, wobei in dem Hohlprofil zwei konzentrische Öffnungen vorgesehen sind, in welche die Buchse eingesetzt ist, wobei die in Einsetzrichtung der Buchse erste Öffnung einen größeren Durchmesser hat als die in Einsetzrichtung der Buchse zweite Öffnung, und wobei das Hohlprofil mit den beabstandeten Wandabschnitten an den Auflageflächen anliegt. Die Wandungen können sich folglich bei Belastung an den Auflageflächen abstützen, so dass ein Zusammendrücken des Hohlprofils vermieden wird. Zudem lässt sich die Buchse aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der beiden Öffnungen von einer Seite aus einfach in das Hohlprofil einsetzen ohne Nachbearbeitung des Hohlprofils.
Beispielsweise ist die Buchse eingepresst und/oder eingeklebt. Dies ist vorteilhaft gegenüber dem momentan üblichen Einlaminieren von Verstärkungselementen in faserverstärkte Bauteile, weil es deutlich einfacher und schneller und auch noch nach der Fertigstellung des faserverstärkten Bauteils erfolgen kann.
Mindestens eine der beiden Stirnseiten der Buchse kann bündig mit einer Außenseite des Hohlprofils abschließen. Dadurch wir ein störender Überstand vermieden, der die Befestigung des Hohlprofils an einem weiteren Bauteil beeinträchtigen könnte.
Alternativ oder zusätzlich kann eine der beiden Stirnseiten an einem Bund der Buchse ausgebildet sein. Dadurch steht die Buchse an der Seite des Bundes möglichst wenig über das Hohlprofil hinaus.
Weiter alternativ kann eine der beiden Stirnseiten der Buchse gegenüber einer Außenseite des Hohlprofils um einen definierten Abstand zurückversetzt sein, insbesondere um 0,2 mm bis 0,5 mm. Dadurch kann ein definiertes Setzen des faserverstärkten Materials des Hohlprofils erreicht werden. Dies dient dem Ausgleich von Fertigungstoleranzen und verhindert, dass die Buchse an einer der beiden Stirnseiten über die Außenseite des Hohlprofils hinaussteht.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Hohlprofil zumindest an einer Außenseite eine Vertiefung auf, in der eine der Öffnungen angeordnet ist. Dadurch kann ebenfalls ein Überstand der Buchse über eine Außenwandung des Hohlprofils hinaus vermieden werden.
Insbesondere ist die größere der beiden Öffnungen in der Vertiefung angeordnet. Somit kann der Bund der Buchse in der Vertiefung aufgenommen sein.
Die Öffnungen können jeweils eine Aufnahmegeometrie haben, die der Außengeometrie einer zugeordneten, radial gerichteten Abstützfläche, welche wiederum an eine der Auflageflächen anschließt, entspricht. Das Hohlprofil kann sich dadurch bei in Längsrichtung des Hohlprofils auftretenden Belastungen an der Buchse abstützen. Zudem können die Aufnahmegeometrien zur Zentrierung der Buchse in den Öffnungen dienen.
Die Baugruppe ist beispielsweise Bestandteil eines Fahrzeugdachs eines motorgertriebenen Zweirads. Das faserverstärkte Hohlprofil kann dabei einen Holm einer Dachstruktur darstellen. Die Buchse kann zur Befestigung der Dachstruktur dienen, beispielsweise an einem Fahrgestell, insbesondere an einem Gehäuse einer Fahrzeugbatterie.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einer erfindungsgemäßen Buchse in Schnittansicht,
- 2 die Buchse aus 1 in einer stirnseitigen Ansicht,
- 3 eine stirnseitige Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Buchse, und
- 4 eine stirnseitige Ansicht nach einer weiteren erfindungsgemäßen Buchse.

1 zeigt eine Baugruppe 10 mit einem faserverstärkten Hohlprofil 12, insbesondere einem kohlenstofffaser- und/oder glasfaserverstärkten Hohlprofil 12, und mit einer in das Hohlprofil 12 eingesetzten Buchse 14, insbesondere einer einteiligen Buchse 14.
Das Hohlprofil 12 kann auch andere Fasern enthalten, wie beispielsweise Naturfasern oder Aramit. Auch Hybridgewebe mit einer Kombination der genannten Fasern sind denkbar.
In dem Hohlprofil 12 sind zwei beispielsweise konzentrische Öffnungen 13, 15 vorgesehen. In diese ist die Buchse 14 eingesetzt. Die Öffnungen 13, 15 sind beispielswiese mittels Bohrens oder Fräsens in dem Hohlprofil 12 hergestellt. In einer alternativen Ausführungsform können die Öffnungen 13, 15 auch nichtkonzentrisch angeordnet sein.
Insbesondere ist die Buchse 14 in dem Hohlprofil 12 eingeklebt und/oder eingepresst.
Wie in 1 zu sehen ist, hat die Buchse 14 zwei entgegengesetzt gerichtete Stirnseiten 16, 18 und zwei zwischen den Stirnseiten 16, 18 angeordnete Absätze 20, 22 mit in axialer Richtung weisenden Auflageflächen 24, 26, wobei die Auflageflächen 24, 26 in die gleiche axiale Richtung weisen.
Das Hohlprofil 12 liegt mit seinen beiden beabstandeten Wandabschnitten 28, 30 an den Auflageflächen 24, 26 an. Insbesondere stützen sich die Wandabschnitte 28, 30 an den Auflageflächen 24, 26 ab. Dadurch wird vermieden, dass das Hohlprofil 12 bei Beanspruchung gequetscht wird. Zudem können beim Befestigen des Hohlprofils 12 wirkende Kräfte in das Hohlprofil 12 eingeleitet werden, ohne dass es zu einer Beschädigung des Materials des Hohlprofils 12 kommt.
Die Stirnseite 18 der Buchse 14 schließt bündig mit einer Außenseite 32 des Hohlprofils 12 ab.
Alternativ kann die Stirnseite 18 der Buchse 14 gegenüber der Außenseite 32 des Hohlprofils 12 nach innen in das Hohlprofil 12 um einen definierten, geringen Abstand zurückversetzt sein. Dadurch kann ein definiertes Setzen des faserverstärkten Materials erreicht werden. Nach dem Setzten des Materials schließt die Buchse 14 ebenfalls bündig mit der Außenseite 32 des Hohlprofils 12 ab, wie in 1 gezeigt.
Die andere der beiden Stirnseiten 16, 18 ist an einem Bund 34 der Buchse 14 ausgebildet.
Die Öffnungen 13, 15 haben außerdem jeweils eine Aufnahmegeometrie 36, 38, die der Außengeometrie einer zugeordneten, radial gerichteten Abstützfläche 40, 42, welche wiederrum an eine der Auflageflächen 24, 26 anschließt, entspricht.
Um Gewicht und Material einzusparen, ist eine rohrförmige Wandung 44 der Buchse 14 zwischen den beiden Auflageflächen 24, 26 verjüngt und/oder abgestuft.
Um die Buchse 14 einsetzen zu können, hat die in Einsetzrichtung der Buchse 14 erste Öffnung 13 einen größeren Durchmesser d_H1 als die in Einsetzrichtung der Buchse 14 zweite Öffnung 15 d_H2.
Den Bund 34 der Buchse 14 in dem Hohlprofil 12 versenken zu können, weist das Hohlprofil 12 zumindest an einer Außenseite 46 eine Vertiefung 48 auf, in der eine der Öffnungen 13, insbesondere die Öffnung 13 mit dem größeren Durchmesser d_H1 angeordnet ist. Die Vertiefung 48 ist jedoch optional. Sofern ausreichend Bauraum vorhanden ist, kann die Vertiefung 48 entfallen.
2 zeigt die Buchse 14 in einer stirnseitigen Ansicht. In 2 ist zu sehen, dass die beiden Auflageflächen 24, 26 in einer stirnseitigen Ansicht auf die Auflageflächen 24, 26 nicht deckungsgleich sind, sich vorzugsweise auch nicht teilüberdecken. Die Buchse 14 ist somit mehrfach abgestuft, insbesondere mindestens dreifach abgestuft. Eine weitere Abstufung kann zwischen den Auflageflächen 24, 26 vorhanden sein und zur Verjüngung der Buchse 14 dienen, wie in 1 veranschaulicht.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Auflageflächen 24, 26 ringförmig, insbesondere kreisringförmig. Dabei umgibt die erste Auflagefläche 24 die zweite Auflagefläche 26.
Darüber hinaus entspricht ein Außenrand 50 der zweiten Auflagefläche 26 einem Innenrand 52 der ersten Auflagefläche 24.
3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Buchse 14, die sich von der in 2 dargestellten Buchse 14 durch das Vorhandensein eines Verdrehschutzes 54 unterscheidet.
Der Verdrehschutz 54 ist hierbei durch eine Abflachung 56 realisiert. Damit der Verdrehschutz 54 wirksam ist, muss er zumindest im Bereich der radial gerichteten Abstützflächen 40, 42 der Buchse 14 vorhanden sein, und die Öffnungen 13, 15 müssen eine entsprechende Geometrie aufweisen. Es ist im Übrigen ausreichend, wenn der Verdrehschutz an der kleineren Öffnung 15 vorgesehen ist.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Buchse 14. Diese hat ebenfalls ringförmige Auflageflächen 24, 26, im Unterschied zu der in 3 dargestellten Ausführungsform sind diese jedoch oval. Dadurch ist ebenfalls ein Verdrehschutz realisiert, wenn die Öffnungen 13, 15 im Hohlprofil 12 eine entsprechend ovale Form haben.

Claims

Buchse (14) zum nachträglichen Einsetzen in ein faserverstärktes Hohlprofil (12), wobei die Buchse (14) zwei entgegengesetzt gerichtete Stirnseiten (16, 18) und zwei zwischen den Stirnseiten (16, 18) angeordnete Absätze (20, 22) mit in axialer Richtung weisenden Auflageflächen (24, 26) hat, wobei die Auflageflächen (24, 26) in die gleiche axiale Richtung weisen.
Buchse (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Auflageflächen (24, 26) in einer stirnseitigen Ansicht auf die Auflageflächen (24, 26) gesehen nicht deckungsgleich sind und sich vorzugsweise auch nicht teilüberdecken.
Buchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer stirnseitigen Ansicht auf die Auflageflächen (24, 26) die erste Auflagefläche (24) die zweite Auflagefläche (26) umgibt.
Buchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (14) einen Verdrehschutz (54) aufweist.
Buchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenrand (50) der zweiten Auflagefläche (26) einem Innenrand (52) der ersten Auflagefläche (24) entspricht.
Buchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (24, 26) ringförmig sind.
Buchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine rohrartige Wandung (44) der Buchse (14) zwischen den beiden Auflageflächen (24, 26) verjüngt und/oder abgestuft ist.
Buchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (14) einteilig ist.
Baugruppe (10), aufweisend mindestens ein faserverstärktes Hohlprofil und mindestens eine Buchse (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Hohlprofil (12) zwei konzentrische Öffnungen (13, 15) vorgesehen sind, in welche die Buchse (14) eingesetzt ist, wobei die in Einsetzrichtung der Buchse (14) erste Öffnung (13) einen größeren Durchmesser hat als die in Einsetzrichtung der Buchse (14) zweite Öffnung (15), wobei das Hohlprofil (12) mit den beabstandeten Wandabschnitten (30, 28) an den Auflageflächen (24, 26) anliegt.
Baugruppe (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (14) eingepresst und/oder eingeklebt ist.
Baugruppe (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Stirnseiten (16, 18) der Buchse (14) bündig mit einer Außenseite (32) des Hohlprofils (12) abschließt und/oder eine der beiden Stirnseiten (16, 18) an einem Bund (34) der Buchse (14) ausgebildet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Stirnseiten (16, 18) der Buchse (14) gegenüber einer Außenseite (32) des Hohlprofils (12) um einen definierten Abstand zurückversetzt ist.
Baugruppe (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (12) zumindest an einer Außenseite (46) eine Vertiefung (48) aufweist, in der eine der Öffnungen (13, 15) angeordnet ist.
Baugruppe (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (13, 15) jeweils eine Aufnahmegeometrie (36, 38) haben, die der Außengeometrie einer zugeordneten, radial gerichteten Abstützfläche (40, 42), welche wiederrum an eine der Auflageflächen (24, 26) anschließt, entspricht.