DE29718724U1

DE29718724U1 - Bauelemente-Verbindung

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Publication number: DE29718724U1
Application number: DE29718724U
Authority: DE
Original assignee: Blechformwerke Bernsbach GmbH
Current assignee: Blechformwerke Bernsbach Ag De; Automotive Group ISE Innomotive Systems Europe GmbH
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2007-10-10

Description

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & SCHWANHÄUSSER

ANWALTSSOZIETÄT

ANWALTSSOZI ETAT MAXIMILIANSTRASSE 58 D-80538 MÜNCHEN GERMANY

Anmelder:

BLECHFORMWERKE ERZGEBIRGE BERNSBACH GMBH
STRASSE DER EINHEIT 45/47
08315 BERNSBACH

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DR. HELMUT EICHMANN
GERHARD BARTH
DR. ULRICH BLUMENRÖDER, LL. M.
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OR. HERMANN KINKELDEY

DR. WILFRIED STOCKMAIR (-1990)

DR. KLAUS SCHUMANN

PETER H. JAKOB

DR. GUNTER BEZOLD

WOLFHARD MEISTER

HANS HILGERS

DR. HENNING MEYER-PLATH

ANNELIE EHNOLD

THOMAS SCHUSTER

DR. WALTER IANGHOFF

DR. KLARA GOLDBACH

MARTIN AUFENANGER

GOTTFRIED KLiTZSCH

DR. HEIKE VOGELSANG-WENKE

REINHARD KNAUER

DIETMAR KUHL

DR. FRANZ-JOSEF ZIMMER

BETTINA K. REICHELT

DR. ANTON K. PFAU

DATUM / DATE

09.10.97

Bauelemente-Verbindung

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Bauelemente-Verbindung

Die Erfindung betrifft eine Bauelemente-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere im Fahrzeug-Karosseriebau finden zunehmend nicht-metallische Elemente aus faserverstärktem Kunststoff Verwendung, die zwecks Übernahme einer Tragfunktion und/oder Beeinflussung des Gesamtverformungsverhaltens haltbar und fest mit metallischen Elementen verbunden werden müssen. Da sich Kunststoff mit Metall nicht verschweißen läßt, wird die Verbindung geklebt, geschraubt oder genietet. Dies ist aufwendig, kann unzuverlässig sein und ist vor allem teuer und ungünstig in automatische Herstellverfahren zu integrieren, die im Fahrzeug-Karosseriebau hauptsächlich Punkt- oder Lochschweißungen einsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Bauelemente-Verbindung dieser Art anzugeben, die kostengünstig bei automatischen Herstellverfahren einsetzbar und dauerhaft haltbar ist, und gegebenenfalls ein vorbestimmbares Verformungs- bzw. Energieaufzehrungsverhalten bei Unfällen erbringen kann.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Hilfselement läßt sich mit dem metallischen Element kostengünstig und haltbar nach bei der automatischen Herstellung von Fahrzeugkarosserien üblichen Punktoder Lochschweißverfahren verbinden. Das aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Element ist formschlüssig durch den den Durchgang durchsetzenden Verbindungsabschnitt einerseits und zusätzlich durch Reibschluß mittels des vorgespannten Haltebundes ohne Gefahr für die Fasern des faserverstärkten Kunststoff festgelegt, weil der Haltebund im wesentlichen nur flächig auf den faserverstärkten Kunststoff aufgepreßt wird, so daß der faserverstärkte Kunststoff mit dem metallischen Element gefügt und dabei mittragend festgelegt ist. Durch den Lochlaibungsform- und -reibschluß und zusätzlich durch den Reibschluß über die Vorspannung des Haltebundes ergibt sich eine großflächige Kraftübertragung und läßt sich das Verformungs- oder Zerstörungsverhalten der Verbindung bzw. eine vorbestimmte Energieaufzehrung bei

Verformungen erzielen, wobei der Gewichtsvorteil des hochfesten faserverstärkten Kunststoffes auch wegen der sehr leicht zu gestaltenden Hilfselemente voll zum Tragen kommt.

Es ist zwar aus DE-C-274 559 bekannt, zum Anbringen einer Isolierplatte aus nichtmetallischem Werkstoff auf einer Metallplatte ein Blech-Hilfselement in Hütchenform zu verwenden, das in den Durchgang mit Spiel ein- und mit seinem flachen Haltebund über den Durchgang nach außen greift und mit der Metallplatte verschweißt ist. Mit einem solchen Hilfselement läßt sich jedoch kein aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes Element im Fahrzeug-Karosseriebau dauerhaft haltbar an einem metallischen Element festlegen, weil sich unter der Verbindungsspannung der ebene Haltebund aufbiegt, der Durchgangsrand beschädigt und nachfolgend die Verbindung lokker wird.

Ferner ist zwar aus DE-A-42 37 361 ein massives Hilfselement mit einem ebenen Haltebund und einem dornartigen Verbindungsabschnitt bekannt, um ein Leichtmetallblech mit einem Stahlblech durch Punktschweißen verbinden zu können. Jedoch ist der Haltebund mit einer als Ringwulst ausgebildeten Schneidkante ausgebildet, die in das Leichtmetallblech eingedrückt wird, ehe die endgültige Verbindung durch Punktschweißen entsteht. Auf diese Weise soll die Laibung im Durchgang verkleinert werden, um einen Preßsitz des Verbindungsabschnittes zu erzielen. Faserverstärkter Kunststoff würde diese Behandlung nicht vertragen.

Gemäß Anspruch 2 erzeugt der mit einer Schräge vorgeformte Haltebund durch seine Verformung auf dem faserverstärkten Kunststoff eine sehr hohe Vorspannung und einen wirksamen Reibschluß.

Denn der vor der Verformung schräge Haltebund leistet, insbesondere wenn er gemäß Anspruch 3 eine kegelige, kragenartige Form hat, einen wesentlich höheren Widerstand als ein ebener Haltebund. Auf diese formbedingte Weise läßt sich selbst bei geringer Wandstärke (Leichtbau) ein sehr kräftiger Haltebund schaffen.

Der Verbindungsabschnitt erzeugt gemäß Anspruch 4 im Durchgang einen Form- und Kraftschluß. Dabei ist der Durchgang im faserverstärkten Kunststoff zumindest annähernd zum Verbindungsabschnitt passend vorgeformt, beispielsweise mit einer Passung zwischen dem Durchgang und dem Verbindungsabschnitt, die das Vormontieren des Hilfselementes gestattet und nach Herstellen der Verbindung auch den notwendigen Reibschluß mit der Laibung herstellt.. Einer relativen Verschiebung bzw. Verdrehung der Elemente wird entgegengewirkt, ohne den faserverstärkten Kunststoff unzweckmäßig zu belasten. Das Hilfselement ist zweckmäßig in Leichtbauweise aus Blech mit im wesentlichen gleichbleibender Wandstärke gebildet. Die Vorspannung wird entweder durch die Preßkraft der Schweißzange beim Punkt- oder Lochschweißen und/oder durch die Schrumpfung nach dem Schweißvorgang erzeugt und aufrechtgehalten.

Alternativ weist gemäß Anspruch 5 der Durchgang eine andere Form als der Verbindungsabschnitt auf, beispielsweise um nur an vorbestimmten Stellen einen Reibschluß zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Durchgang herzustellen und/oder um eine vorbestimmte Aufbrechrichtung im Falle einer übergroßen Krafteinwirkung für den faserverstärkten Kunststoff vorzugeben. Dies kann im Hinblick auf die Energieabsorption bei einem Unfall zweckmäßig sein, weil dann nicht notwendigerweise die Verbindung zwischen dem Hilfselement und dem metallischen Element gebrochen, sondern das Hilfselement pflugartig durch den faserverstärkten Kunststoff gerissen oder geschoben wird (Reißverschlußeffekt).

Dieser Effekt läßt sich gemäß Anspruch 6 durch eine dreieckige Durchgangsform besonders einfach erreichen.

Gemäß Anspruch 7 ist sichergestellt, daß der Haltebund im faserverstärkten Kunststoff keine Fasern durchtrennt.

Gemäß Anspruch 8 kann der Reibschluß im Bereich des Durchganges spezifisch geringere Flächenpressung haben, weil zusätzlich ein Sitz mit großer Kontaktfläche für den Haltebund vorgesehen ist.

Gemäß Anspruch 9 wird thermoplastischer Kunststoff dazu benutzt, einen Korrosionsschutz für die Verbindung herzustellen. Und zwar wird der Thermoplast durch Wärmeinwirkung zumindest bereichsweise plastifiziert, um die eigentliche Verbindung zu umhüllen oder einzuschließen. Sofern der plastifizierte Thermoplast auch haftet, wird die Verbindung dadurch noch verstärkt (Klebeeffekt).

Gemäß Anspruch 10 wird zum Plastifizieren des Thermoplastes zweckmäßig die Wärmeeinwirkung beim Schweißen eingesetzt. Alternativ oder additiv kann hierfür eine z.B. bei Punktschweiß-Zangen mögliche Vorwärmphase benutzt werden.

Gemäß Anspruch 11 wird die Wärmeeinwirkung beim Schweißen oder Vorwärmen sogar dazu benutzt, den Thermoplasten soweit zu plastifizieren, daß er durch Verlagern unter der Vorspannung des Hilfselementes alle Freiräume ausfüllt und das Hilfselement satt einbettet.

Eine nach allen Richtungen gleichförmige Haltewirkung wird gemäß Anspruch 12 mit einer Napf- oder Hutform erzielt. Diese Form ist kostengünstig, maßgenau und mit dem schrägen Haltebund sehr gestaltfest herstellbar. Hierbei wird die Schräge der Unterseite des Haltebundes im Hinblick auf die Materialspezifikation des faserverstärkten Kunststoffes vorherbestimmt, beispielsweise durch FEM-Berechnungen.

Alternativ kann gemäß Anspruch 13 eine runde, unrunde, ovale oder mehreckige Form der Außenkontur des Verbindungsabschnittes in der Verbindung zur Verdrehsicherung beitragen. Zweckmäßigerweise entspricht die Form des Durchganges dann der Außenkontur des Verbindungsabschnittes.

Gemäß Anspruch 14 wird auch durch den Verbindungsabschnitt ein Reibschluß im Durchgang hergestellt, zweckmäßigerweise beim Aufbauen der Vorspannung zur Verformung des Haltebundes. Außerdem kann die Schräge des Verbindungsabschnittes zum Vormontieren des Hilfselements im faserverstärkten Kunststoff genutzt werden. Es ist jedoch auch denkbar, das Hilfselement durch Kleben im Bereich des Haltebundes vorzumontieren oder ein eigenständiges Teil zu verwenden, welches mit dem Hilfselement in Eingriff steht und dieses mit dem Kunststoffteil verspannt.

Im Hinblick auf eine gleichförmige Kraftübertragung vom Hilfselement auf den faserverstärkten Kunststoff ist das Merkmal von Anspruch 15 zweckmäßig.

Gemäß Anspruch 16 ist in das Hilfselement eine Verdrehsicherung einstückig integriert, die auch zur Vormontage des Hilfselemente nutzbar sein kann.

Gemäß Anspruch 17 dienen zur Verdrehsicherung und/oder Vormontage Rippen oder Kämme außen am Verbindungsabschnitt. Dies ist herstellungstechnisch günstig.

Gemäß Anspruch 18 dient der am Haltebund vorgesehene Zacken entweder zur Verdrehsicherung und/oder zur Vormontage des Hilfselementes am faserverstärkten Kunststoff. Für den Zacken können Durchgang oder Vertiefungen im faserverstärkten Kunststoff vorgeformt sein. Es ist aber auch möglich, den Zacken selbstschneidend auszubilden und in den faserverstärkten Kunststoff einzudrücken. Zur gleichmäßigen Kraftverteilung empfiehlt es sich, mehrere Zacken in Umfangsrichtung verteilt am Haltebund vorzusehen. Um ein Durchtrennen von Fasern zu verhindern, kann das Hilfselement beim Einpressen vorgewärmt werden.

Gemäß Anspruch 19 wird das Hilfselement durch Eindrücken des Zackens vormontiert und durch den form- und kraftschlüssigen Eingriff am faserverstärkten Kunststoffteil gehalten, z.B. während des Transports und bei der Lagerhaltung bis zur Herstellung der Verbindung.

Diese Halterung läßt sich mit den Maßnahmen von Anspruch 20, insbesondere mit vorgewärmtem Hilfselement bei einem Thermoplasten, noch verbessern.

Herstellungstechnisch günstig ist gemäß Anspruch 21 der Zacken eine ausgeklinkte und nach unten gebogene Zunge des Haltebundrandbereiches oder ist die Zunge in etwa radial vom Haltebund nach außen geführt, um die Drehsicherungs- und/oder Vormontageaufgabe zu übernehmen, und dabei in relativ großem Abstand von dem die Vorspannung erzeugenden Haltebund zu wirken.

Gemäß Anspruch 22 wird von der Hut- oder Napfform abgewichen und die Vorspannung mittels der beiden von der Biegelinie nach oben ansteigenden Schenkel erzeugt. Die Zungen bilden &eegr; Durchgängen, ggfs. mit vorgewärmtem Hilfselement), bis der Kontakt mit dem metallischen Element hergestellt und dann die Schweißverbindung erzeugt wird, z.B. durch Punktschweißen. Mit den Zungen wird gleichzeitig eine Verdrehsicherung für das nicht-metallische Element im Verbindungsbereich erzeugt. Auch lassen sich die Zungen zur Vormontage des Hilfselemente am nichtmetallischen Element nutzen.

Alternativ hat das Hilfselement gemäß Anspruch 23 einen rinnenförmigen Verbindungsabschnitt, der durch den vorgeformten Durchgang des faserverstärkten Kunststoffs bis zur Anlage am metallischen Element gebracht und dann festgeschweißt wird. Die beiden seitlich abstehenden Flansche, die zuvor schräg angestellt sind, werden unter der Vorspannung gegen den faserverstärkten Kunststoff gezogen, um den Reibschluß mit relativ geringer und gleichmäßiger Flächenpressung zu erzeugen. Eine Verdrehsicherung wird bereits durch die Form des Hilfselemente und des Durchgangs erzielt.

Gemäß Anspruch 24 wird die Gestaltfestigkeit des Hilfselementes, insbesondere wenn dieses als größerflächiges Leichtbauelement mit geringer Wandstärke ausgebildet ist, durch wenigstens eine Quersicke erhöht, ohne das Gewicht des Hilfselementes nennenswert zu erhöhen. Es läßt sich so z.B. eine relativ große nutzbare Fläche zum Ansetzen der Schweißzange schaffen.

Gemäß Anspruch 25 kann der Haltebund individuell relativ zum Verbindungsabschnitt kaltverformt werden, um mit einer Grundgröße des Hilfselementes unterschiedliche Stärken des faserverstärkten Kunststoffes abdecken zu können.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch Teile einer zu fügenden Bauelemente-Verbindung,

Fig. 2 die fertige Bauelemente-Verbindung,

Fig. 3 eine Variante der Bauelemente-Verbindung im Schnitt,

Fig. 4 ein Hilfselement, in perspektivischer Ansicht, wie es beispielsweise in

den Fig. 1 bis 3 verwendet ist,

Fig. 5-13 verschiedene Ausführungen von Hilfselementen, jeweils in perspektivischer Darstellung,

Fig. 14 Bauelemente-Verbindungen, die unter Verwendung des gleichen

Hilfselementes hergestellt sind, in einem perspektivischen Schnitt,

Fig. 15-17 weitere Ausführungen von Bauelemente-Verbindungen, jeweils in einem perspektivischen Teilschnitt.

In Fig. 1 sind zum Herstellen einer Bauelemente-Verbindung T gemäß Fig. 2 ein metallisches Element M, z.B. aus Stahlblech, und ein nicht-metallisches Element N₁ hier ein plattenförmiges Element aus faserverstärktem Kunststoff K, das mit einem vormontierten Hilfselement H in einem Durchgang 1 bestückt ist, in etwa parallel zueinander ausgerichtet. Das Hilfselement H hat eine napf- oder hutähnliche Form mit einem Bodenteil 5, der über einen beispielsweise annähernd zylindrischen Verbindungsabschnitt V mit einem sich nach außen flanschartig erstreckenden Haltebund B verbunden ist. Das Hilfselement H besteht aus mit dem metallischen Elemente M verbindungskompatiblem Material, z.B. schweißbarem Stahlblech mit im wesentlichen gleichbleibender Wandstärke. Die Wandstärke sollte gleich oder kleiner sein als die Wandstärke des Elementes M. Für eine Lochschweißung wäre im Bodenteil 5 ein Loch 5' (gestrichtelt angedeutet) vorzusehen.

Das Hilfselement H ist in Leichtbauweise hergestellt, z.B. als Blech-Stanz-Preß-Formteil. Der Verbindungsabschnitt V sollte an seinem Außenumfang konisch ausgebildet sein und sitzt mit einem Paßsitz im Durchgang 1. Der Durchgang 1 kann ge-

rade Durchgangswände haben oder konisch sein. Die mit 4 bezeichnete Unterseite des Haltebundes 3 verläuft mit einer Schräge Z, d.h., die Unterseite 4, die zweckmäßigerweise eine geradlinige Erzeugende hat, steigt vom Auflagerand 3 zum Verbindungsabschnitt V mit einem vorbestimmten Winkel gegenüber einer Mittelachse des Hilfselementes nach innen an. Im vormontierten Zustand ist das Hilfselement H beispielsweise bis zur Auflage des Auflagerandes 3 auf der dem metallischen Element M abgewandten Seite des Elementes N in den Durchgang 1 eingesteckt und durch Reibschluß darin gesichert. Der Bodenteil 5 springt gegenüber der Unterseite des nicht-metallischen Elementes N etwas zurück (z. B. 0,5 mm) und ist auf eine Oberseite 6 des metallischen Elementes M ausgerichtet.

Gemäß Fig. 2 wird die Verbindung durch eine Punktschweißung S, oder eine Lochschweißung (nicht gezeigt), hergestellt. Zu diesem Zweck wird durch eine nicht dargestellte Schweißzange das Hilfselement H mit dem Bodenteil 5 gegen die Oberseite 6 des metallischen Elementes &Mgr; gepreßt, wobei der Haltebund B des Hilfselementes H unter der Verbindungsvorspannung aus der in Fig. 1 gezeigten Lage elastisch verformt wird. Dann wird die Punktschweißung S gebildet, die das nicht-metallische Element N am metallischen Element M festlegt und die Vorspannung des Haltebundes B aufrechthält. Der faserverstärkte Kunststoff K enthält z.B. einen Thermoplasten, der wie bei 7 angedeutet durch die Schweißwärme oder eine Vorwärmung plastifiziert wird und die Verbindung zwischen dem Hilfselement H und dem metallischen Element M zwecks Korrosionsschutzes abdichtet, versiegelt oder umschließt. Zum Plastifizieren des Thermoplasten wird entweder die bei der Herstellung der Schweißung S entstehende Wärme genutzt, oder eine separate Beaufschlagung in diesem Bereich eingesetzt.

Gemäß Fig. 2 ist das Element N aus faserverstärktem Kunststoff K mittels des Hilfselementes H am metallischen Element M festgelegt, und zwar gegen Kräfte in einer Richtung I durch den Formschluß des vorgespannten Haltebundes B und dem Reibschluß des Verbindungsabschnittes V im Durchgang 1, hingegen gegen im wesentlichen parallel zur Ebene des Elements N liegende Kräfte Il durch den Formschluß des Verbindungsabschnittes V im Durchgang 1, gegebenenfalls durch die Haftung des

palstifizierten Thermoplasten bei 7, und durch den Reibschluß zwischen dem vorgespannten Haltebund B und der Oberseite 6 des metallischen Elements M.

In Fig. 3 ist durch die Schweißwärme und/oder eine Schweißvorwärmung der Thermoplast plastifiziert und sogar unter der Vorspannung des Hilfselements H zum metallischen Element M verdrängt, so daß er nicht nur die Schweißung S versiegelt, sondern auch evtl. entstehende Freiräume ausfüllt, ggfs. den Übergangsbereich vom Verbindungsabschnitt V zum Haltebund B (gepunktet hervorgehoben bei 7).

Das Hilfselement H, das beispielsweise in Fig. 1 bis 3 verwendet wird, kann gemäß Fig. 4 einen kreisrunden Verbindungsabschnitt V und einen Haltebund B mit der Form eines Ringflansches aufweisen, wobei (angedeuteter Querschnitt Q in Fig. 3) der Haltebund B die Schräge Z mit dem Winkel &agr; (z.B. 85°) aufweist. Die Weite des Haltebundes B entspricht z.B. in etwa dem Innendurchmesser des Verbindungsabschnitts V. Der Innendurchmesser des Verbindungsabschnittes V ist aus Gewichtsgründen zweckmäßigerweise nur so groß, daß der die Punktschweißung oder eine nicht gezeigte Lochschweißung bildende Teil der Schweißzange oder ein Brenner gerade Platz findet. Der Auflagerand 3 des Haltebundes B kann gegebenenfalls durch eine Fase oder eine Rundung entschärft sein.

Alternativ ist gemäß Fig. 5 das Hilfselement H als Napf mit gerundeter dreieckiger Form ausgebildet. Da auch der Verbindungsabschnitt V diese gerundete Dreiecksform zumindest an seiner Außenkontur aufweist, und der Durchgang 1 im faserverstärkten Kunststoff K auch diese Dreiecksfprm haben sollte, ergibt sich eine einfache Verdrehsicherung des Hilfselementes H im Durchgang 1 und nach Herstellen der Verbindung auch zwischen den Elementen M, K.

Die Verdrehsicherung könnte gemäß Fig. 6 auch durch eine ovale Form des Hilfselementes H bewirkt werden. Der Querschnitt Q entspricht jedoch wieder dem anhand von Fig. 4 erläuterten. Der Durchgang 1 im nicht-metallischen Element N sollte ebenfalls diese Form des ovalen Verbindungsabschnittes V haben.

Gemäß Fig. 7 ist der Verbindungsabschnitt V des Hilfselementes H mit einem Polygonquerschnitt ausgebildet, beispielsweise als konisches Achteck bzw. konischer Pyramidenstumpf. Durch entsprechende Form des Durchganges 1 im nicht-metallischen Element N wird hier eine Verdrehsicherung mit geringer Flächenpressung erzielt. Der Haltebund B kann einen runden Umfang haben oder entsprechend polygonal ausgebildet sein.

Gemäß Fig. 8 wird zur Verdrehsicherung im Durchgang 1 des nicht-metallischen Elementes wenigstens eine in Einsteckrichtung orientierte Rippe 8 am Verbindungsabschnitt V vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind mehrere, z.B. drei, solcher Rippen 8oder schmale Kämme bzw. Nuten in Umfangsrichtung verteilt. Es kann zweckmäßig, sein, im Durchgang bereits die Rippen 8 zu berücksichtigen. Andererseits ist es möglich, die Rippen 8 in den Durchgang einzudrücken, so daß sie sich ihren Platz selbsttätig schaffen und dadurch das Hilfselement H bei der Vormontage durch Reibschluß festlegen.

In Fig. 9 weist das Hilfselement H zur Verdrehsicherung und/oder zur Vormontage des Hilfselementes H wenigstens einen nach unten gebogenen Zacken 9 an einer vom Haltebund B in etwa radial nach außen strebenden Zunge 10 auf. Der Zacken 9 kann selbstschneidend ausgebildet sein und wird in den faserverstärkten Kunststoff eingedrückt, ggfs. bei vorgewärmtem Hilfselement H. Gegebenenfalls ist eine hinterschnittene Sicherungsfläche 11 vorgesehen, die die Klammerung des eingedrückten Hilfselementes H (Vormontage) verbessert. Der Haltebund B ist mit den Zungen 10 mit der Schräge Z gemäß Fig. 1 ausgebildet, um zum Herstellen des Reibschlusses eine möglichst große Auflage zu definieren.

In Fig. 10 sind zur Verdrehsicherung und/oder Vormontage mehrere Zacken 9 am Haltebund B angeformt, und zwar zweckmäßigerweise durch in etwa tangential aus dem Haltebund ausgeklinkte Zungen 13, die nach unten gerundet abgebogen sind und die Sicherungsflächen 11 sowie gegebenenfalls hinterschnittene Aufnahmen 12 bilden. Die Zacken 9 können zu mehreren um den Umfang des Haltebundes B verteilt sein und sich selbsttätig beim Einpressen in den faserverstärkten Kunststoff einschneiden.

In Fig. 11 hat das Hilfselement H eine im Grundzug viereckige Form mit zwei von einer längsverlaufenden Biegelinie 14 mit schräg nach oben strebenden Schenkeln 15, an deren Längsrändern 16 nach unten gebogene Zacken 9 einstückig vorgesehen sind. Für die Zacken 9 können Durchgänge 1 im nicht-metallischen Element N vorgesehen sein. Es ist aber auch denkbar, diese Durchgänge erst mittels der Zacken 9 beim Einpressen des Hilfselementes H in Fig. 10 zu formen und auf diese Weise nicht nur die Verdrehsicherung herbeizuführen, sondern auch das Hilfselement H vorzumontieren, ehe die Verbindung hergestellt wird. Die Verbindung wird mit dem Hilfselement H der Fig. 10 durch Widerstands- oder Punktschweißen der Enden der Zacken 9 am metallischen Element M bewerkstelligt.

Das Hilfselement H der Fig. 12 hat eine im Grundzug viereckige Gestalt. Der Bodenteil 5 ist im Verbindungsabschnitt V mit zwei von Rinnenflanken 17 nach außen strebenden Schenkeln 18 verbunden, die den Haltebund B definieren. Die Rinnenflanken 17 divergieren zweckmäßigerweise nach oben. Der Durchgang 1 im nichtmetallischen Element N hat eine viereckige Form, so daß bereits formabhängig eine Verdrehsicherung erzeugt wird.

Gemäß Fig. 13 kann die Gestaltfestigkeit des Hilfselementes H durch wenigstens eine querverlaufende Sicke 19 erhöht sein, die sich im Hilfselement H der Fig. 12 quer über den Bodenteil 5, über die Rinnenflanken 17 und bis in die Schenkel 18 erstreckt. Die Punktschweißung wird zweckmäßigerweise an einer Seite oder an beiden Seiten der Sicke 19 gesetzt. Da die Unterseite des Hilfselementes H gemäß Fig. 13 im Bereich der Sicke 19 konkav ist, kann eine bessere Verzahnung mit dem Durchgang 1 zwecks Vormontage des Hilfselementes H erreicht werden. Wenigstens eine solche Sicke 19 könnte auch bei den anderen, gezeigten Ausführungen der Hilfselemente H vorgesehen sein.

In Fig. 14 sind schematisch zwei Bauelemente-Verbindungen T nebeneinandergestellt, die sich dadurch unterscheiden, daß der faserverstärkte Kunststoff K im einen Fall eine höhere Wandstärke besitzt als im anderen Fall, wobei jedoch in beiden Fällen der gleiche Hilfselement-Grundtyp H verwendet ist. Der Wandstärkenunterschied

wird dadurch ausgeglichen, daß der Haltebund B mehr oder weniger relativ zum Verbindungsabschnitt V kaltverformt wird, und zwar bei größerer Wandstärke wie bei 20, hingegen bei kleinerer Wandstärke wie bei 20', und zwar unter Verwendung nicht gezeigter Werkzeuge.

Die Fig. 15 bis 17 verdeutlichen unterschiedliche Bauelemente-Verbindungen T, die jeweils mit wenigstens einem napf- oder hutförmigen Hilfselement H hergestellt werden, um ein aus faserverstärktem Kunststoff K bestehendes, zumindest im Verbindungsbereich flächiges Element mit einem metallischen Element M dauerhaft haltbar und belastbar zu verbinden.

Gemäß Fig. 15 ist die Verbindung durch mindestens eine Punktschweißung S zwischen dem Hilfselement H und dem metallischen Element M hergestellt, wobei der Haltebund B unter der Verbindungs-Vorspannung im wesentlichen flächig auf dem faserverstärkten Kunststoff aufliegt und auch der Verbindungsabschnitt V mit Reibschluß im Durchgang 1 festgelegt ist (in etwa analog zu Fig. 2 oder 3).

Die Bauelemente-Verbindung T in Fig. 16 zeichnet sich dadurch aus, daß für den Haltebund B des Hilfselementes H ein Sitz im faserverstärkten Kunststoff K vorgeformt ist, der mit einem Ringwulst 21 eine große Kontaktfläche 22 für den Rand des Halteelements B erzeugt und einen Formschluß mit dem Haltebund B eingeht. Die eigentliche Verbindung wird durch Punktschweißen oder Lochschweißen hergestellt. Mit dieser Verbindungsart kann die Energieabsorption erhöht werden, was gegebenenfalls für die passive Unfallsicherheit einer Fahrzeugkarosserie von Bedeutung ist.

In Fig. 17 ist das Hilfselement H napf- oder hutförmig mit kreisrunder Form, so daß auch der Verbindungsabschnitt V kreisrund ist. Der Durchgang 1 im faserverstärkten Kunststoff K dieser Bauelemente-Verbindung T hat jedoch eine von der Form des Verbindungsabschnittes V abweichende Gestalt, im vorliegenden Fall die Gestalt eines an den Ecken gerundeten Dreiecks. Der Verbindungsabschnitt V kann zwar die Dreieckseiten mit einem Paßsitz kontaktieren, sobald das Hilfselement H in den Durchgang 1 eingepreßt ist. Jedoch ist dann eine verhältnismäßig hohe Flächenpressung in den gegenseitigen Kontaktbereichen vorhanden. Die Form des Durchgangs 1

in Fig. 8 ist im Hinblick auf Energieabso&phgr;tion bei einem Unfall zweckmäßig, weil beispielsweise bei einer übergroßen Scherkraft in Richtung des Pfeils 23 das mit dem metallischen Element M verbundene Hilfselement H pflugartig durch den faserverstärkten Kunststoff K geschoben wird und zu einer gesteuerten Energieaufzehrung führt. Der Widerstand des faserverstärkten Kunststoffes gegen eine derartige Zerstörung ist in den Richtungen gegebenenfalls größer, in denen das Hilfselement H gegen die Dreieckseiten gedrückt wird. Auf diese Weise läßt sich eine richtungsabhängig gesteuerte und individuell einstellbare Energieaufzehrung vorherbestimmen, wie sie für die passive Unfallsicherheit einer Fahrzeugkarosserie bedeutsam ist. Da bei der vorerwähnten Durchpflügung des faserverstärkten Kunststoffes K beispielsweise in Richtung des Pfeiles 23 der Reibschluß des Haltebundes des Hilfselementes und gegebenenfalls auch der Reibschluß zwischen den Elementen K, M aufrechterhalten bleiben und die eigentliche Verbindung zwischen dem Hilfselement H und dem metallischen Element M nicht bricht, lassen sich mit dieser Bauelemente-Verbindung T Energieaufzehrungsstrukturen in einer Fahrzeugkarosserie schaffen, die in unterschiedlichen Kraftrichtungen unterschiedlich reagieren.

Claims

ft § «ft ····· ·· ■ Ansprüche

1. Bauelemente-Verbindung, insbesondere für Fahrzeugkarossen, aus einem metallischen Element und wenigstens einem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden, zumindest im Verbindungsbereich flächigen Element, die mittels wenigstens eines mit dem metallischen Element verbindungskompatiblem, wenigstens einen Durchgang des faserverstärkten Kunststoffs durchsetzenden Hilfselements verbunden sind, wobei das Hilfselement einen Haltebund und einen den Durchgang durchsetzenden Verbindungsabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt (V) des Hilfselements (H) durch Punkt- oder Lochschweißung (S) mit dem metallischen Element (M) verbunden ist und den Haltebund (B) außerhalb des Durchgangs (1) mit einer Vorspannung auf den faserverstärkten Kunststoff (K) aufpreßt, die der Haltebund (B) unter der Verbindungskraft durch Verfonmen eines in Richtung zum Durchgang (1) und relativ zur benachbarten Oberseite des faserverstärkten Kunststoffs (K) ansteigenden Haltebund-Unterseitenverlaufs (Z) aufbringt, und daß der faserverstärkte Kunststoff (K) vom Hilfselement (H) in Scherrichtung Il mit durch die Vorspannung des Haltebundes (B) erzeugtem Reibschluß und zusätzlich durch Formund Reibschluß in der Laibung des Durchgangs (1) am metallischen Element (M) festgelegt ist.

2. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

Hilfselement (H) aus Metallblech mit im wesentlichen gleichbleibender Wandstärke und dem mit einer Mittelachse des Hilfselements einen Winkel (&agr;) <90°, vorzugsweise bei etwa 85°, einschließenden Haltebund (B) ausgebildet ist.

3. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebund (B) den Verbindungsabschnitt (V) in Umfangsrichtung zur Gänze umfaßt und entlang seiner gesamten Umfangserstreckung zum Verbindungsabschnitt (V) hin ansteigt, zumindest mit seiner Unterseite (4).

4. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt (A) im Durchgang (1) des faserverstärkten Kunststoffs (K) mit einem Paß- oder Preßsitz festgelegt ist.

5. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (1) mit einer von der Form des Verbindungsabschnittes (V) abweichenden Form, vorzugsweise mit wenigstens einer eine vorbestimmte Aufbrechrichtung definierenden Form, im faserverstärkten Kunststoff (K) vorgeformt ist.

6. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer runden oder ovalen Form bzw. Außenkontur des Verbindungsabschnittes (V) des Hilfselementes (H) der Durchgang (1) einen mehreckige Form, vorzugsweise eine angenähert dreieckige Form, aufweist.

7. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebund (B) des Hilfselementes (H) einen kleineren Verformungswiderstand in Vorspannrichtung aufweist als der Faserdurchtrennwiderstand des faserverstärkten Kunststoffes (K).

8. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem faserverstärkten Kunststoff (K) ein von einem umlaufenden Wulst (21) begrenzter Sitz für den Haltebund (B) des Hilfselementes (H) vorgeformt ist, und daß der Sitz eine Anlagefläche (22) für den Außenrand des Haltebundes (B) aufweist.

9. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoff (K) einen Thermoplasten enthält, und daß der Thermoplast zumindest angrenzend an die Punkt- oder Lochschweißung (S) im Hilfselement (H), vorzugsweise unter korrosionshemmendem Einschließen oder Versiegeln der Schweißung (S), plastifiziert ist.

10. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast durch die Schweißwärme und/oder einen Schweißvorwärmschritt plastifiziert ist.

11. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast angrenzend an den Verbindungsabschnitt (V) und bis in den Übergangsbereich zwischen dem Verbindungsabschnitt (V) und dem Haltebund (B) zumindest teilweise plastifiziert und verlagert ist.

12. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfselemente (H) napf- oder hutförmig mit einem Punkt- oder Lochschweißbodenteil (5) und einem den Haltebund (B) bildenden, umlaufenden Napfrandbereich ausgebildet ist.

13. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkonturen des Verbindungsabschnittes (V) und des Haltebundes (B) kreisrund, unrund, oval oder mehreckig sind.

14. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Verbindungsabschnittes entgegen der Durchsteckrichtung durch den Durchgang (1) schräg geneigt ist (Winkel

15. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Haltebundes in Umfangsrichtung des Verbindungsabschnittes (V) zumindest in etwa gleichbleibend ist.

16. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfselement (H) wenigstens eine formschlüssig in den faserverstärkten Kunststoff (K) eingreifende, vorzugsweise unter Wärmbeeinflussung in den faserverstärkten Kunststoff eindrückbare, Verdrehsicherung (R) aufweist.

17. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Verbindungsabschnitt (V) außenseitig wenigstens eine in etwa in Durchsteckrichtung orientierte Rippe (8) oder ein schmaler Kamm, vorzugsweise mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Rippen oder Kämme, vorgesehen ist.

18. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im

Abstand vom Verbindungsabschnitt (V) am Haltebund (B) wenigstens ein nach unten ragender Verdrehsicherungs- und/oder Vormontagezacken (9) vorgesehen ist, vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung verteilte Zacken (9).

19. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zacken (9) für den faserverstärkten Kunststoff (K) selbstschneidend und mit einer Schneidkante ausgebildet ist.

20. Bauelemente-Verbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zacken (9) eine hinterschnittene Sicherungsfläche (11) aufweist, und daß zwischen dem Zacken (9) und der Unterseite (4) des Haltebundes (B) eine Eingriffsvertiefung (12) vorgesehen ist.

21. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Zacken (9) an einer in etwa in Umfangsrichtung des Haltebundrandes ausgeklinkten und nach unten gebogenen Zunge (13) oder an einer annähernd in Radialrichtung nach außen strebenden und nach unten gebogenen Zunge (10) am Haltebund (B) angeordnet ist.

22. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfselement (H) V-förmig mit zwei von einer Biegelinie (14) nach außen gerade ansteigenden, den Haltebund (B) definierenden Schenkel (15) ausgebildet ist und mehrere von den Außenrändern der Schenkel (15) nach unten gebogene Zacken (9) aufweist, deren jeder einen Verbindungsabschnitt (V) bildet.

23. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfselement (H) einen rinnenförmigen Verbindungsabschnitt (V), vorzugsweise mit nach oben divergierenden Rinnenflanken (17), und seitlich von den Rinnenflanken (17) nach außen abfallende Flansche (18) aufweist, die miteinander den Haltebund (B) bilden.

24. Bauelemente-Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfselement (H) wenigstens eine querverlaufende Sicke (19) aufweist, die sich über den Bodenteil (5), ggfs. den Verbindungsabschnitt (V) und, gegebenenfalls, bis in den Haltebund (B) erstreckt.

25. Bauelemente-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Stärken des faserverstärkten Kunststoffes (K) ein Grundtyp des Hilfselements (H) mit jeweils in Abhängigkeit von der Stärke des faserverstärkten Kunststoffes (K) relativ zum Verbindungsabschnitt (8) kaltverformtem Haltebund (B) vorgesehen ist.