DE102006036931B4 - Fügeverbindung - Google Patents

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Abstract

Fügeverbindung zwischen einem Metallteil (1) und einem mit diesem unter Wärmeeinwirkung lastübertragend verklebten, beim Verkleben am Metallteil (1) fixierten Kunststoffteil (2), insbesondere Carbonfaserverbundbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (2) im Abstand des Klebespalts am Metallteil (1) bis zum Aushärten der Klebstoffschicht (3) in Richtung der Flächenerstreckung des Kunststoffteils (2) begrenzt beweglich positioniert ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Fügeverbindung zwischen einem Metall- und einem mit diesem unter Wärmeeinwirkung lastübertragend verklebten Kunststoffteil, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist bekannt ( DE 297 18 724 U1 ), das Außenblech einer Kraftfahrzeugkarosserie örtlich durch eine Faserverbundplatte in der Weise zu verstärken, dass die Faserverbundplatte durch nietförmige Fügeelemente, welche in entsprechende Durchgangsbohrungen der Faserverbundplatte eingesetzt und mit dem Außenblech verschweißt werden, form- und reibschlüssig mit dem Außenblech verbunden wird. Durch eine Erwärmung im Bereich der Schweißstellen wird die thermoplastische Faserverbundmatrix erweicht und dadurch die Schweißung korrosionshemmend versiegelt. Für eine ausreichend lastfeste Anbindung werden eine Vielzahl von Einzelnieten und eine dementsprechend hohe Anzahl von Durchgangsbohrungen in der Faserverbundplatte benötigt, was fertigungstechnisch aufwändig ist, vor allem aber eine deutliche Schwächung der Faserverbundstruktur zur Folge hat.
  • Ferner ist aus der DE 198 00 035 A1 eine kombinierte Niet-Klebeverbindung zwischen einem Magnesiumblech und einem carbonfaserverstärkten Kunststoffteil bekannt. Problematisch ist dabei die Herstellung einer exakten Klebeverbindung in seriengerecht kurzen Taktzeiten.
  • Die DE 37 37 210 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von Karosserieteilen einer Fahrzeugkarosserie.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Fügeverbindung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine hochgradig lastfeste und formgenaue Anbindung des Kunststoff- am Metallteil auf fertigungstechnisch einfache, seriengerechte Weise erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fügeverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden die thermisch bedingten Dehnungsunterschiede zwischen dem Metall- und dem Kunststoffteil beim Warmhärten des Klebers durch das nach Größe und Richtung auf diese Wärmedehnungen begrenzte Bewegungsspiel an den zur Bauteilpositionierung vorgesehenen Fixierelementen ausgeglichen und eine weitgehend formstabile und positionsgenaue Bauteilverklebung mit einer definierten Klebeschichtdicke in für eine Serienfertigung erwünscht kurzen Taktzeiten erreicht.
  • Bei größeren elektrischen Potenzialunterschieden zwischen den Bauteilen, vor allem bei einer Werkstoffpaarung Stahl-/carbonfaserverstärkter Kunststoff, empfiehlt es sich, die Fixierelemente bezüglich des Kunststoffteils korrosionsgeschützt auszubilden.
  • Nach einer baulich besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Fixierelemente mit dem Kunststoffteil begrenzt beweglich, mit dem Metallteil hingegen fest verbunden, nämlich zweckmäßigerweise verschweißt. Dabei ist zwischen dem Kunststoffteil und den Fixierelementen entweder ein innerhalb der thermischen Dehnungsgrenzen freies Bewegungsspiel, vorzugsweise aber eine federelastische Verrastung vorgesehen.
  • Gemäß einer ersten Variante der Erfindung werden die Fixierelemente am Metallteil, also etwa der Kraftfahrzeug-Rohkarosserie, vormontiert und das Kunststoffteil wird in den üblichen Rohbauprozess eingeschleust, der Klebstoff aufgetragen und anschließend wird das Kunststoffteil an den Fixierelementen lagegerecht angebracht. Wahlweise werden die Fixierelemente in einem Vormontageschritt mit dem Kunststoffteil verbunden und anschließend im Rahmen eines üblichen Rohbauprozesses unter Zwischenlage des Klebstoffauftrags am Metallteil befestigt. Hierdurch wird eine besonders seriengünstige Herstellungsweise erzielt.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
    • 1 eine Fügeverbindung zwischen einem carbonfaserverstärkten Kunststoff- und einem Metallteil mit zwei unterschiedlich gestalteten Fixierelementen im Schnitt; und
    • 2 eine der 1 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung mit zwei nochmals abgewandelten Fixierelementen.
  • Die in den Fign. dargestellte Fügeverbindung enthält ein Metallteil 1, etwa das Stahl-Außenblech einer Kraftfahrzeug-Rohkarosserie, welches vollflächig mit einem carbonfaserverstärkten Kunststoffteil 2 lastübertragend verklebt ist. Aus Gründen kurzer Fertigungszeiten bei zugleich hoher Lastfestigkeit wird die Klebstoffschicht 3 unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet.
  • Das Metall- und das Kunststoffteil 1, 2 sind durch Fixierelemente 4 miteinander verbunden, die die beiden Bauteile 1, 2 bis zum Aushärten des Klebers lagegerecht aneinander positionieren, die Klebstoffschicht 3 auf eine definierte Schichtdicke festlegen und die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Metall- und Kunststoffteile 1, 2 beim Warmhärtprozess ausgleichen und dadurch eine formgenaue Bauteilverklebung sicherstellen.
  • In den 1 und 2 sind die Fixierelemente 4 in verschiedenartigen Ausführungsformen dargestellt. So ist das in 1 gezeigte Fixierelement 4.1 nach Art eines Vollniets ausgebildet, der in einer Übermaßbohrung 5 des Kunststoffteils 2 mit einem in Richtung der Flächenerstreckung der Bauteile 1, 2 freien Bewegungsspiel p angeordnet ist, welches den thermischen Dehnungsunterschieden der Bauteile 1, 2 beim Wärmhärten der Klebstoffschicht 3 entspricht. Um Korrosionserscheinungen zwischen dem Carbonfaserverbundteil 2 und den Fixierelementen 4.1 zu unterbinden, sind diese entweder aus Edelstahl hergestellt oder - wie gezeigt - mit einer Korrosionsschutzschicht 6 auf Seiten des Kunststoffteils 2 belegt. Das Kunststoffteil 2 ist mit mindestens zwei dieser spielbehafteten Fixierelemente 4.1 bestückt, während ein weiteres Fixierelement 4.1 (nicht gezeigt) spielfrei mit dem Kunststoffteil 2 verbunden ist und somit einen Festpunkt im Wärmedehnungsausgleich zwischen den Bauteilen 1, 2 bildet.
  • Zur Herstellung der Fügeverbindung im Rahmen des Rohbauprozesses werden die Fixierelemente 4.1 am Kunststoffteil 2 vormontiert und anschließend wird die Klebstoffschicht 3 aufgetragen, woraufhin die Fixierelemente 4.1 mit dem Metallteil 1 punktverschweißt werden. Dabei wirken die unteren Flanschabschnitte 7 der Fixierelemente 4.1 als Abstandhalter, durch die eine definierte Klebeschichtdicke sichergestellt wird. Nach dem Warmhärten der Klebstoffschicht 3 sind die Bauteile 1, 2 lastfest miteinander verbunden und können weiterverarbeitet, z. B. tauchlackiert werden.
  • Alternativ können die Fixierelemente 4 auch nach Art eines Clips gestaltet sein, wie dies in der rechten Figurenhälfte der 1 in Form des Fixierelements 4.2 dargestellt ist, welches aus einem das Kunststoffteil 2 umgreifenden Bügel 8, z. B. aus Edelstahl, besteht, der mit einem - bei 9 - korrosionshemmend beschichteten Zapfen 10 eine Durchgangsbohrung 11 des Kunststoffteils 2 durchgreift, und zwar wiederum engsitzend an einem der Fixierelemente 4.2 und mit einem zum Ausgleich der thermischen Dehnungsunterschiede erforderlichen Bewegungsspiel p in Richtung der Flächenerstreckung des Kunststoffteils 2 an den übrigen Fixierelementen 4.2. An seinem zwischen Metall- und Kunststoffteil 1, 2 angeordneten Bügelabschnitt 12 wirkt das Fixierelement 4.2 als Abstandhalter zur Sicherstellung einer definierten Klebeschichtdicke. Die Fixierelemente 4.2 werden ebenfalls wieder am Kunststoffteil 2 vormontiert und im Rahmen des Rohbauprozesses unter Zwischenlage des Klebstoffauftrags mit dem Metallteil 1 punktverschweißt.
  • In 2, wo die der 1 entsprechenden Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, sind zwei weitere Fixiermöglichkeiten dargestellt. Die in der linken Figurenhälfte gezeigten Fixierelemente 4.3 sind als Stehbolzen mit einem erweiterten Flanschabschnitt 7 und elastischen Spreizfingern 13 gestaltet, die das Kunststoffteil 2 in der Einbaulage übergreifen. Einer der Stehbolzen 4.3 (nicht gezeigt) ist wiederum in einer engsitzenden Durchgangsbohrung des Kunststoffteils 2 angeordnet, während die übrigen Durchgangsbohrungen 5 des Kunststoffteils 2 als entsprechend den thermischen Dehnungsunterschieden der Bauteile 1, 2 erweiterte Übermaßbohrungen ausgebildet sind. Aus Korrosionsschutzgründen sind die Stehbolzen 4.3 aus Edelstahl gefertigt.
  • Zur Herstellung der Fügeverbindung im Rahmen des Rohbauprozesses werden die Stehbolzen 4.3 am Metallteil 1 punktverschweißt und anschließend wird die Klebstoffschicht 3 aufgetragen und das Kunststoffteil 2 an den Stehbolzen 4.3 verrastet. Dabei wirken die Flanschabschnitte 7 wiederum als Abstandhalter zur Sicherstellung einer definierten Klebeschichtdicke.
  • Das Fixierelement 4.4 auf der rechten Figurenhälfte der 2 besteht aus einem in Richtung der Flächenerstreckung des Kunststoffteils 2 elastischen Federelement, an welchem das Kunststoffteil 2 in einem der Klebeschichtdicke entsprechenden Abstand zum Metallteil 1 in den Grenzen der thermischen Dehnungsunterschiede nachgiebig verrastet wird. Das Federelement 4.4 ist wiederum aus Edelstahl gefertigt oder korrosionshemmend beschichtet und wird am Metallteil 1 vormontiert, d. h. punktverschweißt. Im Rahmen des Rohbauprozesses wird dann die Klebstoffschicht 3 aufgetragen und das Kunststoffteil 2 an den Federelementen 4.4 befestigt, woraufhin die Klebstoffschicht 3 unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet wird.

Claims (7)

  1. Fügeverbindung zwischen einem Metallteil (1) und einem mit diesem unter Wärmeeinwirkung lastübertragend verklebten, beim Verkleben am Metallteil (1) fixierten Kunststoffteil (2), insbesondere Carbonfaserverbundbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (2) im Abstand des Klebespalts am Metallteil (1) bis zum Aushärten der Klebstoffschicht (3) in Richtung der Flächenerstreckung des Kunststoffteils (2) begrenzt beweglich positioniert ist.
  2. Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bauteilpositionierung vorgesehenen Fixierelemente (4) bezüglich des Kunststoffteils (2) korrosionsgeschützt sind.
  3. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bauteilpositionierung vorgesehenen Fixierelemente (4.1; 4.2; 4.3) in Richtung der Flächenerstreckung des Kunststoffteils (2) spielbehaftet mit diesem verbunden sind.
  4. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bauteilpositionierung vorgesehenen Fixierelemente (4.4) in Richtung der Flächenerstreckung des Kunststoffteils (2) an diesem nachgiebig federverrastet sind.
  5. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (4.3; 4.4) am Metallteil (1) vormontiert und das Kunststoffteil (2) nach dem Klebstoffauftrag mit den Fixierelementen verbunden ist (2).
  6. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (4.1; 4.2) am Kunststoffteil (2) vormontiert und nach dem Klebstoffauftrag am Metallteil (1) befestigt sind (1).
  7. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (4) mit dem Metallteil (1) verschweißt sind.
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