DE102011109601A1

DE102011109601A1 - Verbindungsanordnung und Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile

Info

Publication number: DE102011109601A1
Application number: DE201110109601
Authority: DE
Inventors: Konrad Eipper; Michael Kelz; Thomas Rudlaff
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (10) zweier Bauteile (12, 14), von welchen wenigstens eines (12, 14) zumindest überwiegend aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, wobei das erste Bauteil (12) ein Hohlprofilelement (18) aufweist, dessen Außendurchmesser geringer ist als ein Innendurchmesser eines Hohlprofilelements (20) des zweiten Bauteils (14) und welches mit einem Endbereich (22) in das Hohlprofilelement (20) des zweiten Bauteils (14) eingesteckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zweier Bauteile, von welchem wenigstens eines zumindest überwiegend aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zum Verbinden zweier solcher Bauteile.
Auf Grund der hohen strukturellen und funktionellen Integration moderner im Kraftwagenbau verwendeter Bauteile aus Faserverbundkunststoffen, insbesondere bei im resintransfer-molding-Verfahren hergestellten Bauteilen, ist es oftmals problematisch, diese Bauteile zu verbinden und gleichzeitig einen effektiven Toleranzausgleich zu erzielen. Hierzu sind oft aufwändige Verbindungshilfselemente notwendig, die der durch die Verwendung von Verbundwerkstoffen erzielten Gewichtsersparnis wieder nachteilig entgegenwirken. Alternativ hierzu müssen komplexe Interfaces zwischen den zu verbindenden Bauteilen gestaltet werden, was die Entwicklungs- und Herstellungskosten solcher Bauteile nachteilig erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsanordnung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein besonders einfaches und kostengünstiges Verbinden von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen bei gleichzeitigem Toleranzausgleich ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
Bei einer solchen Verbindungsanordnung zweier Bauteile, von welchem wenigstens eins zumindest überwiegend aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, weist das erste Bauteil ein Hohlprofilelement auf, dessen Außendurchmesser geringer ist als ein Innendurchmesser eines Hohlprofilelements des zweiten Bauteils. Das Hohlprofilelement des ersten Bauteils ist dabei mit einem Endbereich in das Hohlprofilelement des zweite Bauteils eingesteckt.
Eine derartige Steckverbindung ermöglicht es aufgrund der Durchmesserdifferenz zwischen dem Hohlprofilelementen noch immer, die Bauteile gegeneinander zu verschieben und auszurichten. Hierdurch kann ein besonders einfacher Toleranzausgleich erzielt werden, ohne dass aufwendige Hilfselemente oder komplexe Interfacestrukturen notwendig werden.
Eine solche Verbindungsanordnung ist daher sowohl in der Entwicklung als auch in der Herstellung besonders kostengünstig.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlprofilelemente der beiden Bauteile miteinander verschraubt. Hierdurch kann nach dem Ausrichten der Bauteile gegeneinander, wodurch der gewünschte Toleranzausgleich geschaffen wird, eine Fixierung der beiden Bauteile aneinander erzielt werden, so dass die eingestellte Sollposition zuverlässig gehalten wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eines der Bauteile eine Klebeflansch auf, mittels welchem es mit den anderen Bauteilen verklebt ist. Hierdurch kann eine alternative oder auch zusätzliche Sicherung und Fixierung der Bauteile gegeneinander erzielt werden.
Vorzugsweise erstrecken sich die Hohlprofilelemente über einen wesentlichen Längenbereich der jeweils zugeordneten Bauteile. Hierdurch erhalten die Hohlprofilelemente eine zusätzliche Funktion. Sie dienen nun nicht mehr nur der Fixierung der Bauteile gegeneinander und den Toleranzausgleich, sondern wirken gleichzeitig als Versteifungs- bzw. Verstärkungselement für die Bauteile und können beispielsweise Trägerfunktionen oder dergleichen übernehmen und beispielsweise im Kraftwagenbau in das Tragwerk der gesamten Karosserie integriert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, von welchen wenigstens eines zumindest überwiegend aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, wobei ein Hohlprofilelement des ersten Bauteils mit einem Endbereich in ein Hohlprofilelement des zweiten Bauteils eingesteckt wird, eine vorgegebene Relativlage der Bauteile zueinander eingestellt wird und die Bauteile schließlich im Bereich der Hohlprofilelemente gegeneinander fixiert werden.
Wie bereits anhand der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung geschildert, kann auf diese Art eine einfache und zuverlässige Verbindung der Bauteile mit gleichzeitigen Toleranzausgleich erzielt werden, ohne das aufwendig gestaltete Hilfselemente oder Schnittstellen vorgesehen werden müssen.
Vorzugsweise werden die Bauteile durch Verschrauben gegeneinander fixiert, um so auf einfache und reversibel lösbare Art und Weise die eingestellte Sollrelativlage der Bauteile fest zu halten.
Alternativ oder zusätzlich können die Bauteile im Bereich eines Klebeflansches verklebt werden, um eine weiter verbesserte Sicherung zu erzielen.
Es ist besonders zweckmäßig, hierzu einen Expansionsklebstoff zu verwenden, also einen Klebstoff, der sich während des Aushärteprozesses im Volumen ausdehnt. Dies kann den Toleranzausgleich weiter unterstützen, in dem beispielsweise Spalten oder ähnliches durch die Expansion des Klebstoffes geführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung während ihrer Herstellung; und
2 eine schematische Seitenansicht der Verbindungsanordnung gemäß 1 im fixierten Zustand.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbindungsanordnung zweier Faserverbundbauteile 12, 14 wird in Form einer Steckverbindung erzeugt. Das erste Faserverbundbauteil 12 weist Aufnahmetaschen 16 für sich über einen überwiegenden Teil des Faserverbundbauteils 12 erstreckende Profilelemente 18 auf. Auch am zweiten Faserverbundbauteil 14 sind solche Aufnahmetaschen 16 für entsprechende Profilelemente 20 vorgesehen.
Ein Außendurchmesser der Profilelemente 18 ist dabei geringer als ein Innendurchmesser der Profilelemente 20. Durch Einstecken der Endbereiche 22 der Profilelemente 18, die sich über eine Kante 24 des Faserverbundbauteils 12 hinauserstrecken, in die Innenräume 26 der Profilelemente 20 wird die gewünschte Steckverbindung geschaffen. Die Profilelemente 26 sind fest am Faserverbundbauteil 14 fixiert, so dass Durchgangsöffnungen 28 der Profilelemente 20 mit Durchgangsöffnungen 30 der Tasche 16 in Überdeckung stehen. Auch an den überstehenden Enden 22 der Profilelemente 18 sind Durchgangsöffnungen 32 vorgesehen. Bei den Öffnungen 28, 30, 32 kann es sich jeweils um Langlöcher handeln.
Werden nun die Endbereiche 22 in die Hohlräume 26 in Richtung des Pfeils 34 eingeschoben, so kommen die Öffnungen 28, 30, 32 in Überdeckung. Auf Grund der Gestaltung der Öffnungen 28, 30, 32 als Langloch sowie des geringeren Außendurchmessers der Profilelemente 18 sind nach dem Einstecken jedoch, wie in 2 gezeigt, noch Verschiebungen entlang der Pfeile 36, 38 möglich. Dies kann zum Toleranzausgleich genutzt werden.
Sind die beiden Faserverbundbauteile 12, 14 in die gewünschten Relativlage gebracht, so können sie durch die Öffnungen 28, 30, 32 mit Schrauben gegeneinander gesichert werden, so dass die gewünschte Einstellung erhalten bleibt. Zur Verbesserung der Fixierung kann am Bauteil 12 zu dem ein Klebeflansch 40 vorgesehen sein, auf welchen zum Verbinden der Bauteile 12, 14 ein Expansionsklebstoff 42 aufgebracht wird. Dieser dehnt sich beim Härten aus und füllt daher den Spalt 44 zwischen den Bauteilen 12, 14 aus, so dass etwaige Toleranzen für die Verklebung keine Rolle spielen. Alternativ zum Verschrauben können die Bauteile 12, 14 auch durch andere Fügeverfahren miteinander verbunden werden. Denkbar sind hier insbesondere mechanische Fügeverfahren wie z. B. Nieten oder Nageln.
Insgesamt kann so auf einfachste Weise eine Verbindungsanordnung 10 zwischen zwei Faserverbundbauteilen 12, 14 geschaffen werden, bei der während des Fügens problemlos etwaige Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden können.

Claims

Verbindungsanordnung (10) zweier Bauteile (12, 14), von welchen wenigstens eines (12, 14) zumindest überwiegend aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, wobei das erste Bauteil (12) ein Hohlprofilelement (18) aufweist, dessen Außendurchmesser geringer ist als ein Innendurchmesser eines Hohlprofilelements (20) des zweiten Bauteils (14) und welches mit einem Endbereich (22) in das Hohlprofilelement (20) des zweiten Bauteils (14) eingesteckt ist.
Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofilelemente (18, 20) der beiden Bauteile (12, 14) miteinander verschraubt sind.
Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bauteile (12, 14) einen Klebeflansch (40) aufweist, mittels welchem es mit dem anderen Bauteil (12, 14) verklebt ist.
Verbindungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlprofilelemente (18, 20) über einen wesentlichen Längenbereich der jeweils zugeordneten Bauteile (12, 14) erstrecken.
Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (12, 14), von welchen wenigstens eines (12, 14) zumindest überwiegend aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, wobei ein Hohlprofilelement (18) des ersten Bauteils (12) mit einem Endbereich (22) in ein Hohlprofilelement (20) des zweiten Bauteils (14) eingesteckt wird, eine vorgegebene Relativlage der Bauteile (12, 14) zueinander eingestellt wird und die Bauteile (12, 14) im Bereich der Hohlprofilelemente (18, 20) gegeneinander fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (12, 14) durch Verschrauben gegeneinander fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (12, 14) zusätzlich im Bereich eines Klebeflansches (40) verklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass zum Verkleben ein Expansionsklebstoff (42) verwendet wird.