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Die Erfindung betrifft ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit einem Achsträger und einem an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordneten und am Achsträger befestigten, flächigen Versteifungselement, wobei das Versteifungselement im Wesentlichen aus Kunststoff ist und zumindest teilweise mittels wenigstens einer Klebverbindung am Achsträger befestigt ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Demontieren und erneuten Verkleben eines am Achsträger eines Kraftfahrzeugs mittels einer Klebverbindung befestigten Versteifungselements, insbesondere zum Warten und/oder Reparieren und/oder Umbauen und/oder Instandsetzen von Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik ist allgemein bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2009 035 158 A1 , bei zweispurigen Kraftfahrzeugen zur Steifigkeitserhöhung großflächige Versteifungselemente aus Aluminiumblech, die als Schubfelder wirken, an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs anzuordnen und an einem Achsträger oder den Längsträgern der Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Um im Fall von Wartungs- oder Reparaturarbeiten an der Unterseite des Kraftfahrzeugs bzw. der an der Unterseite angeordneten Komponenten eine Demontage des Versteifungselementes zu ermöglichen, ist das Versteifungselement üblicherweise mittels Schraubverbindungen am Kraftfahrzeug befestigt. Derartige, flächige Versteifungselemente aus Metallblech sind jedoch in der Regel aufgrund ihrer großen Fläche sowie der zum Erreichen der gewünschten Steifigkeit erforderlichen Blechdicke relativ schwer.
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Zur Gewichtsreduktion von Kraftfahrzeugen, insbesondere im Bereich der Fahrzeugkarosserie, ist zwar allgemein bekannt, Blechteile durch Kunststoffteile zu ersetzen, insbesondere durch kohlefaserverstärkte Kunststoffteile. Das Befestigen derartiger Kunststoffteile mittels Schraubverbindungen ist jedoch aufgrund der Materialeigenschaften des Kunststoffs häufig mit erheblichen Nachteilen verbunden, insbesondere wenn große Kräfte übertragen werden müssen, wie beispielsweise bei der Anbindung von Schubfeldern, oder wenn aus Korrosionsschutzgründen eine galvanische Trennung der Fügepartner erforderlich ist. In diesen Fällen sind in der Regel aufwendige und kostenintensive Maßnahmen erforderlich, um diese Nachteile zu kompensieren.
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Die
DE 10 2011 005 564 A1 schlägt daher vor, ein flächiges Versteifungselement aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mittels Kleben am Achsträger zu befestigen.
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Um im Wartungs- oder Reparaturfall eine Zugänglichkeit zu an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordneten und oberhalb vom Versteifungselement bzw. angrenzend an das Versteifungselement angeordneten Komponenten zu ermöglichen, ohne das Versteifungselement zu demontieren, beispielsweise für eine Demontage eines Hinterachsgetriebes, sind in der Regel entsprechende Ausnehmungen bzw. Aussparungen im Versteifungselement oder im Achsträger erforderlich. Der dadurch entstehende Steifigkeitsverlust wird üblicherweise mittels entsprechender, an anderer Stelle angeordneten Verstärkungen kompensiert. Die zusätzlichen Verstärkungen führen jedoch häufig zu einer Gewichtserhöhung des Versteifungselementes oder des Achsträgers.
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Selbstverständlich ist auch eine Demontage eines am Achsträger verklebten Versteifungselementes möglich, in dem die Klebverbindung zerstört wird. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass das Versteifungselement im Wartungs- und/oder Reparaturfall häufig nur mit großem Aufwand demontierbar ist. Insbesondere wenn das Versteifungselement mittels einer Strukturverklebung am Achsträger befestigt ist, da Strukturverklebungen üblicherweise für eine ausreichende Festigkeit der Klebverbindung geringe Klebschichtdicken aufweisen, beispielsweise nur 0,5 mm. Insbesondere kann das Versteifungselement nur mit sehr großem Aufwand, sofern dies überhaupt ohne nennenswerte Funktionseinbußen möglich ist, wieder am Kraftfahrzeug verklebt werden, da hierzu die ursprüngliche Klebverbindung in der Regel vollständig vom Achsträger entfernt werden muss. Beim vollständigen Entfernen der Klebverbindung am Achsträger besteht jedoch die Gefahr, dass an die Klebverbindung angrenzende Lackschichten beschädigt werden, was aus Korrosionsschutzgründen unbedingt vermieden werden sollte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit einem an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordneten, und zumindest teilweise mittels einer Klebverbindung am Achsträger des Kraftfahrzeugs befestigten, flächigen Versteifungselement bereitzustellen, das im Wartungs- und/oder Reparaturfall eine einfachere Demontage und eine einfachere, anschließende erneute Verklebung des Versteifungselementes ermöglicht, insbesondere ohne nennenswerte Funktionseinbußen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Verfahren zum Demontieren und erneuten Verkleben eines am Achsträger eines Kraftfahrzeugs mittels einer Klebverbindung befestigten Versteifungselements bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgend beschriebenen Merkmale treffen sowohl auf das zweispurige Kraftfahrzeug zu als auch auf das Verfahren. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig davon sowohl für das Kraftfahrzeug als auch für das Verfahren.
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Ein erfindungsgemäßes, zweispuriges Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klebverbindung derart ausgebildet ist, dass das Versteifungselement in einem Wartungs- und/oder Reparaturfall und/oder zum Umbau und/oder in einem Instandsetzungsfall vom Achsträger demontierbar ist und später erneut mit dem Achsträger mittels einer Reparatur-Klebverbindung verbindbar ist, ohne dass die ursprüngliche Klebverbindung vollständig vom Achsträger entfernt werden muss.
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Bevorzugt ist der Achsträger als Hilfsrahmen ausgebildet und an einer Unterseite der Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs befestigt, so dass eine Unterseite des Achsträgers einen Teil der Unterseite des Kraftfahrzeugs bildet, insbesondere einen Teil des Unterbodens. Besonders bevorzugt ist das Versteifungselement in diesem Fall zumindest teilweise an einer Unterseite des Achsträgers befestigt.
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Vorzugsweise weist der Achsträger wenigstens zwei, sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Längsträger auf, bezogen auf einen funktionsgemäßen, an einem Kraftfahrzeug montierten Zustand des Achsträgers, sowie wenigstens einen Querträger, durch den die beiden Längsträger in Fahrzeugquerrichtung verbunden sind. Der Achsträger kann sowohl ein Vorderachsträger als auch ein Hinterachsträger sein.
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Der Achsträger ist besonders bevorzugt aus Aluminium oder aus Kunststoff ausgebildet, d. h. einem möglichst leichten Material, oder einem vergleichbaren Werkstoff. In einigen Fällen kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn der Achsträger Stahl aufweist oder daraus besteht. Der Achsträger kann auch in Mischbauweise ausgebildet sein, d. h. mehrere unterschiedliche Werkstoffe aufweisen.
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Ist der Achsträger metallisch, beispielsweise aus Stahl- oder Aluminiumblech, oder weist Metall auf, ist der Achsträger bevorzugt KTL-beschichtet, d. h. kathodisch tauchlackiert, wobei in diesem Fall ein Klebstoff, insbesondere eine Klebstoffraupe, zur Herstellung der Klebverbindung zwischen dem Achsträger und dem Versteifungselement auf der KTL-Schicht aufgebracht ist.
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Bevorzugt wirkt das Versteifungselement eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs als Schubfeld, d. h., dass bevorzugt ist das Versteifungselement derart flächig ausgebildet und am Achsträger befestigt, dass es im Wesentlichen parallel zu seiner Fläche wirkende Kräfte, die auf einer Seite des Versteifungselemente in die Fläche eingeleitet werden, als Schubkräfte auf eine andere Seite übertragen kann. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Versteifungselement als ebene Platte ausgebildet, da ein Versteifungselement mit dieser Geometrie besonders günstig und einfach hergestellt werden kann.
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Das Versteifungselement kann aber auch Ausnehmungen, Aussparungen, Ausschnitte oder dergleichen aufweisen, um eine verbesserte Kühlung der im Bereich des Versteifungselements angeordneten Komponenten des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere der oberhalb vom Versteifungselement angeordneten Komponenten.
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Das Versteifungselement eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet, d. h. es besteht zum größten Teil aus Kunststoff, kann aber kleinere Teile aus anderen Werkstoffen enthalten, beispielsweise eingepresste Gewindehülsen oder dergleichen zur Befestigung weiterer Teile wie beispielsweise einer Unterbodenverkleidung. Es ist bevorzugt jedoch vollständig aus Kunststoff ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist das Versteifungselement im Wesentlichen und/oder vollständig aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), wobei die Fasern vorzugsweise längs einer Hauptbelastungsrichtung orientiert sind.
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Als Klebverbindung wird in diesem Zusammenhang eine durch das Fügeverfahren Kleben hergestellte Verbindung bezeichnet, wobei Kleben Fügen unter Verwendung eines Klebstoffs ist und der Klebstoff ein nichtmetallischer Werkstoffs ist, der die Fügeteile durch Adhäsion und Kohäsion miteinander verbindet.
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Als eine (einzelne) Klebeverbindung im Sinne dieser Anmeldung wird dabei ein durch eine (einzelne) durchgehende Klebstoffraupe bzw. ein durch eine (einzelne) zusammenhängende Klebfläche gebildeter Verbindungsbereich verstanden. D. h. ist das Versteifungselement durch eine zusammenhängende Klebefläche am Achsträger angebunden, ist das Versteifungselement nur durch eine (einzelne) Klebverbindung am Achsträger befestigt. Entsprechend, d. h. wenn das Versteifungselement über mehrere, nicht zusammenhängende Klebeflächen mit dem Achsträger verbunden ist, sind mehrere (einzelne) Klebverbindungen vorhanden. Das Versteifungselement kann dabei entweder mittels einer einzigen Klebverbindung am Achsträger befestigt sein oder mehrere Klebverbindungen zur Befestigung am Achsträger aufweisen.
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Ferner kann das Versteifungselement sowohl teilweise durch Kleben am Achsträger befestigt sein, als auch vollständig. D. h. das Versteifungselement kann sowohl nur zusätzlich zu anderen Verbindungsarten, wie beispielsweise Schraubverbindungen oder Nietverbindungen, mit dem Achsträger verklebt sein, als auch alternativ, d. h. nur durch Kleben am Achsträger befestigt sein.
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Bevorzugt ist das Versteifungselement jedoch nur im Wesentlichen vollständig, d. h. nur fast vollständig, mit dem Achsträger verklebt und insbesondere mittels einiger weniger, zusätzlicher Fixierungselemente in Form von mechanischen Befestigungsmitteln am Achsträger fixiert, um das Versteifungselement in seiner Position zu halten, bis der Klebstoff ausgehärtet ist bzw. bis der Klebstoff derart ausgehärtet ist, dass er eine ausreichende Festigkeit aufweist, um das Versteifungselement in seiner Position am Achsträger zu halten. Dabei kann das Versteifungselement nur zeitweise oder dauerhaft mittels entsprechender Fixierungselemente am Achsträger fixiert werden, wobei das Versteifungselement bevorzugt wenigstens so lange mittels zusätzlicher Fixierungselemente fixiert wird, bis der Klebstoff ausgehärtet ist bzw. eine ausreichende Festigkeit aufweist.
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Als Fixierungsmittel können Schrauben, Nieten, Clipse, Stifte oder dergleichen verwendet werden. Besonders bevorzugt wird das Versteifungselement jedoch mit Fixierungselementen in Form von Kunststoff-Clipsen am Achsträger fixiert, da diese keine zusätzliche galvanische Isolierung erfordern, leicht sind und besonders kostengünstig hergestellt und montiert werden können.
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Besonders bevorzugt ist die Befestigung des Versteifungselementes dabei derart ausgebildet, dass die Kraftübertragung vom Achsträger in das Versteifungselement und umgekehrt im Wesentlichen über die Klebverbindung erfolgt und nicht über die zur Fixierung zusätzlich vorhandenen mechanischen Befestigungsmittel. Das Versteifungselement kann aber auch nur durch Kleben, d. h. ohne zusätzliche weitere Verbindungen, am Achsträger befestigt sein.
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Bevorzugt ist die Klebverbindung bzw. sind die Klebverbindungen derart ausgebildet, dass ein Klebespalt, der durch die einander gegenüberliegenden Klebflächen des Versteifungselementes und dem Achsträger gebildet wird, dabei vollständig mit Klebstoff gefüllt ist, insbesondere überfüllt, so dass Klebstoff aus dem Spalt herausquillt. Auf diese Weise kann eine vollständige Abdichtung des Klebespalts erreicht werden, was aus Korrosionsschutzgründen besonders vorteilhaft ist.
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Das Befestigen des Versteifungselementes im Wesentlichen durch Kleben anstatt im Wesentlichen durch Schrauben oder Nieten oder dergleichen, hat zum einen den Vorteil, dass im Bereich der Verbindung zwischen dem Versteifungselement und dem Achsträger eine flächige Kraftübertragung möglich ist und nicht nur eine lokale Kraftübertragung an den einzelnen Befestigungselementen. Dadurch kann eine gleichmäßigere Kraftverteilung bzw. Lasteinleitung in die Fügeteile erreicht werden. Darüber hinaus sind Klebverbindungen grundsätzlich besser zur Übertragung von Schubkräften geeignet als beispielsweise Schraubverbindungen. Ferner kann es beim Verbinden von Kunststoffteilen durch Schrauben, insbesondere bei großen Schraubenkräften, zu einem Kriechen des Kunststoffs und damit zu einem Setzen der Schraubverbindung und infolgedessen zu einem selbständigen Lösen der Schraubverbindung kommen. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoff und beispielsweise von Aluminium können zu hohen Schraubenlasten führen, wobei hingegen durch eine entsprechend ausgestaltete Klebverbindung unterschiedliche Wärmeausdehnungen ausgeglichen werden können.
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Des Weiteren erfordert die Verbindung eines Versteifungselements aus Kunststoff, beispielsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, mit einem metallischen Achsträger mit metallischen und damit leitenden Befestigungsmitteln in der Regel aufwendige Isolationsmaßnahmen zur galvanischen Trennung der Fügeteile. Zur Übertragung der auftretenden Kräfte kann außerdem eine Vielzahl an Verschraubungspunkten erforderlich sein, was mit einem erheblichen Gewichtsnachteil gegenüber einer Klebverbindung verbunden ist sowie aufwendig in der Montage ist. Ferner weist eine Klebverbindung in der Regel einen kleineren Bauraumbedarf auf als entsprechende Schraubverbindungen. Außerdem können in der Regel beim Kleben viele Zusatzteile, wie beispielsweise Inserts, Beilagscheiben, Buchsen, Einpresselemente oder Sicherungselemente entfallen. Ferner lassen sich Klebverbindungen relativ gut automatisiert herstellen und eignen sich damit insbesondere für eine Anwendung zur Herstellung in großer Stückzahl.
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Durch die spezielle Ausgestaltung der Klebverbindung, die im Wartungs- und/oder Reparaturfall und/oder für einen Umbau und/oder im Instandsetzungsfall eine Demontage des Versteifungselements vom Achsträger ermöglicht, sowie später eine erneute Verklebung mit dem Achsträger durch eine Reparatur-Klebverbindung, ohne dass die ursprüngliche Klebverbindung vollständig vom Achsträger entfernt werden muss, können die Vorteile der Befestigung durch Kleben optimal genutzt werden und der in den vorgenannten Fällen erforderliche Aufwand zum Zugänglichmachen der betreffenden Komponenten im Wartungs- und/oder Reparaturfall und/oder für den Umbau und/oder im Instandsetzungsfall kann erheblich reduziert werden. Mit einer entsprechend ausgebildeten Klebverbindung, insbesondere mit einem geeigneten Klebstoff, kann nach der Demontage auf einfache Art und Weise eine Reparatur-Klebverbindung, d. h. eine erneute Verklebung, hergestellt werden. Bevorzugt weist die Reparatur-Klebverbindung mit der ursprünglichen Klebverbindung vergleichbare Eigenschaften auf, d. h. es kann bevorzugt eine Reparatur-Klebverbindung hergestellt werden, die keine nennenswerten Funktionseinbußen gegenüber der ursprünglichen Klebverbindung aufweist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Achsträger wenigstens zwei Längsträger auf und das Versteifungselement ist wenigstens an den beiden Längsträgern des Achsträgers befestigt. Besonders bevorzugt ist das Versteifungselement dabei derart an den Längsträgern des Achsträgers befestigt, dass eine Kraft, insbesondere eine Schubkraft, die in einen der Längsträger des Achsträgers eingeleitet wird, durch das Versteifungselement auf den anderen Längsträger übertragen wird.
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Bevorzugt ist das Versteifungselement zusätzlich wenigstens mittels einer Klebverbindung an wenigstens einem Querträger des Achsträgers befestigt. Durch eine derartige Anordnung bzw. Befestigung des Versteifungselements am Achsträger kann eine Steifigkeit des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft erhöht werden und das Fahrverhalten, insbesondere die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, deutlich verbessert werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Achsträger wenigstens einen Profilträger mit einem offenen Profil mit einer Profilöffnung auf, d. h. wenigstens einer der Längsträger oder der Querträger des Achsträgers wird zumindest teilweise durch einen Profilträger mit einem offenen Profil gebildet. Dabei erstreckt sich die Profilöffnung vorzugweise in einer Längsrichtung des Profilträgers und weist insbesondere wenigstens an einer Kante der Profilöffnung einen Klebeflansch als Klebfläche für die Klebverbindung mit dem Versteifungselement auf.
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Bevorzugt bildet die Profilöffnung dabei in einem funktionsgemäßen, an einem zweispurigen Kraftfahrzeug befestigten Zustand des Achsträgers einen Teil der Unterseite des Achsträgers. D. h. die Profilöffnung des Achsträgers ist bevorzugt derart orientiert am Achsträger angeordnet, dass sie in einem funktionsgemäßen, montierten Zustand des Achsträgers am Kraftfahrzeug einer Fahrbahn bzw. dem Versteifungselement zugewandt ist. Besonders bevorzugt ist die Profilöffnung in einem montierten Zustand des Versteifungselements zumindest teilweise durch das Versteifungselement verschlossen. Durch die Verwendung eines offenen Profilträgers kann zum einen das Gewicht des Achsträgers erheblich reduziert werden. Zum anderen ist weniger Klebstoff zum Herstellen einer vollflächigen Klebverbindung mit dem Versteifungselement erforderlich. Darüber hinaus kann im Fertigungsprozess leichter eine vollständige Füllung des Klebespaltes mit Klebstoff erreicht werden, was insbesondere aus Korrosionsschutzgründen vorteilhaft ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Versteifungselement zur galvanischen Trennung des Versteifungselements vom Achsträger auf einer, dem Achsträger zugewandten Seite, bezogen auf einen funktionsgemäßen, am Achsträger befestigten Zustand des Versteifungselements, eine nichtleitende Schicht auf, vorzugsweise eine Glasfasern enthaltende Schicht. Besonders bevorzugt weist das Versteifungselement jedoch nur eine nichtleitende Schicht auf, wenn der Achsträger im Bereich der Klebverbindung leitend ist, insbesondere metallisch. Ist der Achsträger nichtleitend ausgebildet oder lediglich im Bereich der Klebverbindung nichtleitend ausgebildet, ist es in der Regel zur galvanischen Trennung der Fügeteile nicht erforderlich eine nichtleitende Schicht auf dem Versteifungselement vorzusehen bzw. an dessen Oberfläche.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Klebverbindung derart ausgebildet, dass die Klebverbindung für eine Demontage im Wartungs- und/oder Reparaturfall und/oder für einen Umbau und/oder im Instandsetzungsfall durchtrennbar ist, insbesondere innerhalb der Klebverbindung, beispielsweise wie eine Scheibenverklebung beim Ersetzen einer Windschutzscheibe eines PKW, wobei die Klebverbindung dazu insbesondere eine Klebschichtdicke von wenigstens 2 mm aufweist.
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Bevorzugt ist die Klebverbindung konstruktiv derart ausgestaltet, dass eine ausreichende Zugänglichkeit zum Durchtrennen der Klebverbindung innerhalb der Klebverbindung vorhanden ist, insbesondere zum Durchtrennen mittels eines Schneidwerkzeugs, wie beispielsweise eines Schneiddrahtes, eines Schneidmessers oder dergleichen. Besonders bevorzugt ist die Klebverbindung konstruktiv derart ausgestaltet, dass das Einführen eines Trennwerkzeugs in den Klebespalt und dass Entlangführen des Trennwerkzeugs im Klebespalt, d. h. innerhalb der Klebverbindung, zum Durchtrennen möglich ist.
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In einer Weiterbildung ist die Klebverbindung derart durchtrennbar, dass beim Durchtrennen der Klebverbindung ein Teil der Klebverbindung an der Unterseite des Kraftfahrzeugs, insbesondere am Achsträger haften bzw. kleben bleibt und eine Klebfläche für die Reparatur-Klebverbindung zur Befestigung eines Versteifungselementes aus Kunststoff am Kraftfahrzeug bildet. D. h. bevorzugt wird die Klebverbindung innerhalb der Klebverbindung durchtrennt bzw. geöffnet bzw. zerstört und zwar derart, dass ein Teil einer ursprünglichen Kleberaupe auf dem Achsträger zurückbleibt und vorzugsweise die „neue” Klebefläche bildet, d. h. die Klebfläche für die Reparatur-Klebverbindung bzw. für eine erneute Verklebung des Achsträgers. Besonders bevorzugt wird die Klebverbindung dabei so durchtrennt, dass eine Haftung der ursprünglichen Klebverbindung auf dem Achsträger, d. h. die Haftung der ursprünglichen Klebstoffraupe, nicht beeinträchtigt wird und eine gegebenenfalls vorhandene Beschichtung des Achsträgers im Bereich der Klebverbindung, beispielsweise eine Lackschicht oder dergleichen, nicht beschädigt wird. Dadurch kann bei entsprechend ausgebildeter ursprünglicher Klebverbindung eine Reparatur-Klebverbindung hergestellt werden, die mit der ursprünglichen Klebverbindung vergleichbare Eigenschaften aufweist, d. h. ohne nennenswerte Funktionseinbußen.
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Dazu wird vorzugsweise ein Klebstoff gewählt, der nach der Applikation einer neuen Kleberaupe auf eine „alte”, ursprüngliche Raupe, insbesondere nach dem Aushärten, eine ausreichende Haftung auf der „alten” Kleberaupe aufweist und/oder eine ausreichende Kohäsion zwischen der „neuen” Kleberaupe und der „alten”, ursprünglichen Kleberaupe bildet, so dass die Reparatur-Klebverbindung eine ausreichende Festigkeit aufweist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Klebverbindung, insbesondere die Klebschicht, wenigstens ein Mittel zum Durchtrennen der Klebverbindung auf, vorzugsweise wenigstens einen Trennfaden. In der Klebverbindung und/oder bereits im Klebstoff können aber auch durch Energiezufuhr aktivierbare Partikel eingebracht sein, beispielsweise thermisch aktivierbare Partikel oder mittels Laserstrahlung aktivierbare Partikel, die bei entsprechender Energiezufuhr ein Zerstören und somit ein Durchtrennen der Klebverbindung bewirken.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Klebverbindung eine Klebschichtdicke auf, die in Abhängigkeit von einem zur Herstellung der Klebverbindung verwendeten Klebstoff derart ausgebildet ist, dass sie einen Wärmedehnungsausgleich zwischen dem Versteifungselement und dem durch die Klebverbindung mit dem Versteifungselement verbundenen Bauteil ermöglicht, insbesondere einen Wärmedehnungsausgleich zwischen dem Versteifungselement und dem Achsträger. D. h. bevorzugt ist die Klebverbindung derart ausgebildet, dass sie infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten entstehende, unterschiedliche, temperaturbedingte Ausdehnungen des Achsträgers und des Versteifungselements ausgleicht, insbesondere derart, dass schädigende Wärmeverzugsspannungen vermieden werden.
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Je nach Anwendungsfall, insbesondere je nach Anforderungen an die aufgrund der auszugleichenden Wärmeausdehnungen erforderlichen Elastizität sowie der gewünschten Steifigkeit der Klebverbindung, kann ein eher elastischer Klebstoff eingesetzt werden, beispielsweise nach Art eines üblichen Unterfütterungsklebstoffes oder eines üblichen Scheibenklebstoffes, oder ein Strukturklebstoff, der in der Regel eine höhere Festigkeit und eine geringere Elastizität aufweist.
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Weist die Klebverbindung einen Klebstoff auf, dessen Festigkeit in etwa mit einem üblichen Scheibenklebstoff oder einem üblichen Unterfütterungsklebstoff vergleichbar ist, beträgt die Klebschichtdicke der Klebverbindung bevorzugt wenigstens 5 mm, insbesondere wenigstens 8 mm, wobei die Klebschichtdicke vorzugsweise jedoch höchstens 15 mm beträgt, insbesondere höchstens 10 mm.
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Für Strukturklebstoffe sind in der Regel geringe Klebstoffdicken vorteilhafter, da die Festigkeit der Klebverbindung mit zunehmender Klebschichtdicke abnimmt. Für eine Klebverbindung mit Strukturklebstoff beträgt die Klebschichtdicke daher bevorzugt weniger als 5 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 3 mm und 5 mm.
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Bevorzugt ist der Klebstoff ein chemisch aushärtender Klebstoff, besonders bevorzugt ein feuchtigkeitshärtender 1K-Polyurethan-Klebstoff oder ein 2K-Polyurethan-Klebstoff.
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Ein Verfahren zur Herstellung der Klebstoffverbindung zwischen dem Versteifungselement und dem Achsträger eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs umfasst bevorzugt die folgenden Schritte: Oberflächenvorbehandlung der Klebflächen, beispielsweise, Reinigen, Entfetten und/oder Primerauftrag, Applizieren des Klebstoffs, Fügen der Bauteile und gegebenenfalls Fixieren der Fügeteile sowie Aushärten des Klebstoffs.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Demontieren und erneuten Verkleben eines am Achsträger eines Kraftfahrzeugs mittels einer Klebverbindung befestigten Versteifungselements ist gekennzeichnet durch wenigstens die folgenden Schritte: Durchtrennen der Klebverbindung zwischen dem Versteifungselement und dem Achsträger, Demontieren des Versteifungselementes vom Kraftfahrzeug, Applizieren von Klebstoff auf einer Klebfläche des zu befestigenden Versteifungselements und/oder der Klebfläche des Achsträgers zur Herstellung der Reparatur-Klebverbindung, Anordnen und Positionieren des zu befestigenden Versteifungselements am Achsträger, gegebenenfalls zeitweises oder dauerhaftes Fixieren des Versteifungselementes am Achsträger mittels wenigstens eines Fixierungselements, wenigstens bis die Reparatur-Verklebung eine ausreichende Festigkeit aufweist, um das Versteifungselement am Achsträger in Position zu halten, und Aushärten der Reparatur-Klebverbindung.
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Ist das Versteifungselement zusätzlich mittels Fixierungselementen am Achsträger befestigt, ist es vorteilhaft, wenn diese vor dem Durchtrennen der Klebverbindung zu entfernt werden.
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Das Durchtrennen erfolgt bevorzugt innerhalb der Klebverbindung und besonders bevorzugt derart, dass beim Durchtrennen der Klebverbindung ein Teil der Klebverbindung am Achsträger haften bzw. kleben bleibt und dieser Teil eine Klebfläche für eine erneute Verklebung zur Befestigung eines Versteifungselementes aus Kunststoff am Kraftfahrzeug bildet.
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Weist die Klebverbindung ein Mittel zum Durchtrennen der Klebverbindung auf, wird bevorzugt dieses Mittel funktionsgemäß verwendet bzw. entsprechend aktiviert.
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Besonders vorteilhaft kann die Klebverbindung aber auch mit einem Schneidmesser, einem Schneiddraht, einem Multischneider oder dergleichen durchtrennt werden, insbesondere mit einem beheizten Schneidwerkzeug. Enthält die Klebverbindung durch Energiezufuhr aktivierbare Partikel, die bei entsprechender ein Zerstören der Klebverbindung bewirken, kann die Klebverbindung auch durch die Zufuhr entsprechender Energie, beispielsweise thermischer Energie oder Laserstrahlung durchtrennt werden, welche die aktivierbaren Partikel aktiviert.
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Ist das Warten und/oder Reparieren und/oder Umbauen und/oder Instandsetzen von Komponenten des Kraftfahrzeugs erforderlich, erfolgt dies für Komponenten, deren Zugänglichkeit eine Demontage des Versteifungselements erfordert, bevorzugt nach der Demontage des Versteifungselements. Sie die entsprechenden Arbeiten durchgeführt, kann das Versteifungselement erneut mit dem Achsträger verklebt werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen ausschnittsweise schematisch dargestellt ist. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Befestigung eines Versteifungselements an einem Achsträger für ein erfindungsgemäßes, zweispuriges Kraftfahrzeug in Ansicht von unten, 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie X-X' durch den rechten Längsträger des Achsträgers aus 1 im Bereich einer Klebverbindung und 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie Y-Y' durch den linken Längsträger des Achsträgers aus 1 im Bereich einer Klebverbindung.
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1 zeigt eine Ansicht von unten auf einen Vorderachsträger 1, der zur Herstellung eines hier nicht dargestellten, erfindungsgemäßen, zweispurigen Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wobei der Achsträger 1 dazu an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angebunden werden kann. Der Vorderachsträger 1 ist aus Aluminiumblech gefertigt und aus zwei Längsträgern 3l und 3r sowie einem Querträger 4, der die beiden Längsträger 3l und 3r verbindet, zusammengesetzt. Aus Korrosionsschutzgründen ist der Achsträger 1 zusätzlich KTL-beschichtet, d. h. mit einem Lack beschichtet, der mittels einer sogenannten „kathodischen Tauchlackierung” aufgebracht worden ist. Zur Befestigung des Achsträgers 1 am Kraftfahrzeug sind vier Anbindungspunkte 5 vorgesehen, welche sich jeweils in den Endbereichen der Längsträger 3l und 3r befinden, wobei sich die beiden Längsträger 3l und 3r in einem funktionsgemäßen, an einem zweispurigen Kraftfahrzeug montierten Zustand im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und der Querträger 4 im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung.
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An einer Unterseite des Achsträgers 1 ist erfindungsgemäß ein Versteifungselement 2 in Form eines im Wesentlichen rechteckigen Schubfeldes 2 befestigt, wobei das Versteifungselement 2 in diesem Fall als eine ebene Platte aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) ausgebildet ist und im Wesentlichen vollständig mittels Klebverbindungen 6 am Achsträger 1 befestigt ist. Es ist lediglich in den Eckbereichen des Versteifungselements 2, jeweils ein hier jedoch nicht dargestellter, zusätzlicher, kleiner Kunststoff-Clip vorhanden, um das Versteifungselement 2 nach dem Auftragen des Klebstoffs bis zum Aushärten des Versteifungselements 2 zu fixieren bzw. in Position zu halten.
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Zur Befestigung des Versteifungselements 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt vier durchgezogene, in etwa gerade verlaufende Klebverbindungen 6 bzw. Kleberaupen 6 vorhanden, wobei eine erste Klebeverbindungen 6 das Versteifungselement 2 mit dem rechten Längsträger 3r des Achsträgers 1 verbindet, eine zweite verbindet das Versteifungselement 2 mit dem Querträger 4 und eine dritte und eine vierte Klebeverbindung 6 mit dem Längsträger 3l auf der linken Seite, d. h. mit dem linken Längsträger 3l.
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Durch die Befestigung des Versteifungselements 2 an den beiden Längsträgern 3l und 3r des Achsträgers 1 kann eine Kraft, insbesondere eine Schubkraft, die in einen der Längsträger 3l, 3r des Achsträgers 1 eingeleitet wird, durch das Versteifungselement 2 auf den anderen Längsträger 3r, 3l übertragen werden. Das Versteifungselement 2 kann somit als Schubfeld wirken. Durch eine derartige Anordnung und die erfindungsgemäße Befestigung des Versteifungselements 2 am Achsträger 1 kann eine Steifigkeit, insbesondere eine Quersteifigkeit des Fahrzeugaufbaus, eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft erhöht werden und das Fahrverhalten, insbesondere die Fahrdynamik, deutlich verbessert werden. Die zusätzliche Verklebung des Versteifungselements 2 mit dem Querträger 4 des Achsträgers 1 bewirkt eine weitere Erhöhung der Steifigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Dass bei diesem Ausführungsbeispiel auf der linken Seite des Achsträgers 1, d. h. im Bereich des linken Längsträgers 3l, zwei Klebeverbindungen 6 vorhanden sind und im Bereich des rechten Längsträgers 3r nur eine einzige Klebverbindung 6, soll nur die Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Klebverbindungen 6 einer erfindungsgemäßen Befestigung des Versteifungselementes 2 am Achsträger 1 veranschaulichen. Selbstverständlich ist es in der Regel vorteilhafter, wenn die Klebeverbindungen 6 symmetrisch ausgebildet bzw. angeordnet sind, um eine gleichmäßige, insbesondere symmetrische Kraftübertragung bzw. -verteilung auf der linken und der rechten Seite zwischen Achsträger 1 und Versteifungselement 2 zu ermöglichen.
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2 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie X-X' durch den rechten Längsträger 3r des Achsträgers 1 im Bereich der Klebeverbindung 6, wobei in dieser Darstellung erkennbar ist, dass der Längsträger 3r in diesem Bereich als ein im Wesentlichen rechteckiges, geschlossenes Profil ausgebildet ist und an seiner Unterseite nahezu vollflächig mittels der Klebeverbindung 6 mit dem Versteifungselement 2 verbunden ist.
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Der Klebespalt, d. h. der Spalt zwischen den Oberflächen der Fügeteile 2 und 3r, d. h. zwischen dem rechten Längsträger 3r und dem Versteifungselement 2, ist in diesem Fall dabei vollständig mit Klebstoff gefüllt, insbesondere überfüllt, d. h. der Klebstoff quillt aus dem Klebespalt heraus. Dadurch kann eine vollständige Abdichtung des Klebespaltes erreicht werden, was aus Korrosionsschutzgründen besonders vorteilhaft ist.
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Die Klebschichtdicke d beträgt in diesem Fall im Mittel in etwa 4 mm, so dass mit dem gewählten Klebstoff, einem Strukturklebstoff mit mittlerer Schubsteifigkeit, bei dem es sich um ein 2K-Polyurethan-Klebstoff mit einem E-Modul von ca. 600 MPa, einer Reißdehnung von ca. 75% sowie einer Zugfestigkeit von ca. 25 MPa handelt, eine ausreichende Elastizität der Klebeverbindung 6 geschaffen wird, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Längsträgers 3r bzw. des Achträgers 1 sowie des Versteifungselements 2, auszugleichen, die durch die unterschiedlichen Materialien, nämlich Aluminium und kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) hervorgerufen werden.
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3 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie Y-Y' durch den linken Längsträger 3l des Achsträgers 1 im Bereich der Klebeverbindung 6, wobei in dieser Darstellung erkennbar ist, dass der Längsträger 3l im Gegensatz zum rechten Längsträger 3r in diesem Bereich als ein im Wesentlichen U-förmiger Profilträger mit einer Profilöffnung 7 an einer Unterseite des Längsträgers 3l bzw. des Achsträgers 1 ausgebildet ist, bezogen auf einen funktionsgemäßen, an einem Kraftfahrzeug montierten Zustand des Achsträgers 1. Die Profilöffnung 7 erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Längsträgers 3l über den Bereich, der vom Versteifungselement 2 abgedeckt wird.
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Um eine Klebverbindung 6 mit dem Versteifungselement 2 zu ermöglichen, weist der Längsträger 3l an den Kanten der Profilöffnung 7 rechtwinklig nach außen abknickende Klebeflansche 9 auf, welche jeweils eine Klebefläche bilden. D. h. das Versteifungselement 2 ist nicht nur mittels einer Klebverbindung 6 wie am rechten Längsträger 3r am linken Längsträger 3l befestigt, sondern mittels zwei, parallel zu einander verlaufenden Klebverbindungen 6.
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Für eine verbesserte galvanische Trennung zwischen dem Versteifungselement 2 aus CFK und dem KTL-beschichteten Achsträger 1 aus Aluminium weist das Versteifungselement 2 im Bereich der Klebverbindungen 6 an seiner Oberseite zusätzlich eine nichtleitende, Glasfasern enthaltende Schicht auf.
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Die Klebschichtdicke d der Klebverbindungen 6, mit denen das Versteifungselement 2 mit dem linken Längsträger 3l des Achsträgers 1 verbunden ist, beträgt auch in diesem Fall in etwa im Mittel 4 mm. Als Klebstoff wurde ebenfalls der zuvor beschriebene 2K-Polyurethan-Klebstoff mit einem E-Modul von ca. 600 MPa, einer Reißdehnung von ca. 75% sowie einer Zugfestigkeit von ca. 25 MPa verwendet. Die zugehörigen Klebespalte sind ebenfalls vollständig gefüllt bzw. überfüllt, so dass eine vollständige Abdichtung gewährleistet ist. Dies ist insbesondere in diesem Fall, bei dem der Längsträger 3l durch ein offenes Profil gebildet ist, wichtig, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit über die Klebespalte durch die Profilöffnung 7 in den Längsträger 3l und damit in den Achsträger 1 eindringt. Durch die Verwendung eines offenem Profilträgers 3l als Längsträger und der damit verbundenen Materialeinsparung, kann der Achsträger 1 leichter ausgebildet werden, d. h. das Gewicht des Achsträgers 1 kann durch eine derartige Ausgestaltung erheblich reduziert werden.
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Um in einem Wartungs- und/oder Reparatur-, Umbau- und/oder Instandsetzungsfall das Versteifungselement 2 vom Achsträger 1 zu lösen bzw. zu demontieren, können die Klebeverbindungen 6 jeweils durchtrennt werden, vorzugsweise mittels eines Schneiddrahtes, Schneidmesser oder dergleichen.
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Es kann aber auch ein Trennfaden in die Klebverbindung integriert bzw. eingebracht sein, was bei diesem Ausführungsbeispiel nicht der Fall ist, der zum Durchtrennen herausgezogen werden kann, so dass die Klebverbindung „aufgeschnitten” und damit durchtrennt wird.
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Erfindungsgemäß ist eine vollständige Entfernung der ursprünglichen Klebverbindung 6 vom Achsträger nicht erforderlich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Klebverbindung 6 derart durchtrennt wird, dass eine geschlossene bzw. in sich zusammenhängende Rest-Klebstoffraupe auf dem Achsträger 1 erhalten bleibt und als neue Klebefläche für eine erneute Verklebung des Achsträgers 1 mit einem zu befestigenden Versteifungselement 2 dient.
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Sind die Wartungs- bzw. Reparatur-, Umbau- oder Instandsetzungsarbeiten nach dem Demontieren des Versteifungselements 2 an den zu prüfenden Komponenten durchgeführt, kann zur Herstellung einer erneuten Klebverbindung, d. h. einer Reparatur-Klebverbindung, erneut Klebstoff im Bereich der ursprünglichen Klebeverbindungen 6 aufgetragen werden, entweder auf der Klebfläche des zu befestigenden Versteifungselements oder der Klebfläche des Achsträgers 1, wobei das zu befestigende Versteifungselement das ursprüngliche Versteifungselement 2 sein kann oder ein entsprechendes Ersatzteil. Anschließend kann das zu befestigende Versteifungselement am Achsträger 1 positioniert werden und gegebenenfalls mit den hier nicht dargestellten Fixierungselementen fixiert bzw. in Position gehalten werden, bis der Klebstoff ausgehärtet ist bzw. eine ausreichende Festigkeit aufweist.
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Selbstverständlich ist eine Vielzahl an Abwandlungen, insbesondere von konstruktiven Abwandlungen, zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsträger
- 2
- Versteifungselement
- 3l
- linker Längsträger des Achsträgers 1
- 3r
- rechter Längsträger des Achsträgers 1
- 4
- vorderer Querträger des Achsträgers 1
- 5
- Anbindungspunkt des Achsträgers 1
- 6
- Klebverbindung
- 7
- Profilöffnung
- 8
- Glasfaser-Schicht
- 9
- Klebeflansch
- d
- Klebschichtdicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009035158 A1 [0003]
- DE 102011005564 A1 [0005]