DE102014103270A1

DE102014103270A1 - Fastening element and method for producing a fastener

Info

Publication number: DE102014103270A1
Application number: DE102014103270.5A
Authority: DE
Inventors: Jafar Khanlarov
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-09-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements. Das Befestigungselement ist insbesondere als Schraubenelement ausgebildet und ist zumindest teilweise aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt. Zur Realisierung eines gewichtsreduzierten und gleichzeitig stabilen Schraubenelements sieht die vorliegende Erfindung vor, dass ein auflösbarer Kern (1) vorgesehen ist, der ein Gewinde (4) aufweist und der von Kohlefasern (3) umwickelbar ist.The present invention relates to a fastening element and to a method for producing a fastening element. The fastening element is designed in particular as a screw element and is at least partially made of carbon fiber composite material. To realize a weight-reduced and at the same time stable screw element, the present invention provides that a dissolvable core (1) is provided which has a thread (4) and which can be wound by carbon fibers (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere Schraubenelement, das zumindest teilweise aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt ist. The present invention relates to a fastening element, in particular screw element, which is at least partially made of carbon fiber composite material.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements insbesondere Schraubenelement, das zumindest teilweise aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt ist. The present invention further relates to a method for producing a fastening element, in particular screw element, which is at least partially made of carbon fiber composite material.

Derartige Befestigungselemente dienen grundsätzlich dazu, eine formschlüssige Verbindung darzustellen, die auch wieder lösbar ist. Such fasteners are basically used to represent a positive connection, which is also solvable again.

Es ist allgemein bekannt, Bauteile in einem Kraftfahrzeug aus Kohlefaserverbundwerkstoffen zu fertigen, um das Gewicht des Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Die Kohlefaserfäden werden dabei in unterschiedlichen Richtungen des Bauteils angeordnet und mit Vergussharz miteinander verbunden, um ein stabiles und biege- sowie torsionssteifes Bauteil herzustellen. It is well known to fabricate components in a carbon fiber composite automotive vehicle to reduce the weight of the motor vehicle. The carbon fiber threads are arranged in different directions of the component and connected to each other with casting resin to produce a stable and bending-resistant and torsion-resistant component.

Aus der DE 27 05 336 A1 ist eine Schraube bekannt, bei der ein Kern aus eine Kohlefaserverbundwerkstoff mit längsgerichteten Fasern mit Kohlenstofffasern im Steigungswinkel des gewünschten Gewindes umwickelt wird. Ein Gewinde wird nachfolgend in die Ummantelung geschnitten. Auf diese Weise wird eine vollständig aus Kohlefaserverbundstoffen hergestellte Schraube hergestellt. From the DE 27 05 336 A1 For example, a screw is known in which a core of a carbon fiber composite material with longitudinal fibers is wrapped with carbon fibers at the pitch angle of the desired thread. A thread is subsequently cut into the sheath. In this way, a screw made entirely of carbon fiber composites is produced.

Die EP 0 399 548 A2 offenbart für die Bildung eines Gewindegangs eine Bündel an Kohlefasern auf einen Kern aufzuwickeln. Dabei ist der Kern aus solidem Material ausgebildet. Nachteilig dabei ist es, dass der aus solidem Material bestehende Kern das Gesamtgewicht des vorbekannten Befestigungselements zu einem Großteil bestimmt. Da aber gerade Befestigungselemente aus Kohlefaserverbundwerkstoffen besonders leicht sein sollten, ist ein solider Kern als nachteilig zu bezeichnen. The EP 0 399 548 A2 discloses winding a bundle of carbon fibers on a core to form a thread. The core is made of solid material. The disadvantage here is that the existing core of solid material determines the total weight of the prior art fastener to a large extent. But just fasteners made of carbon fiber composites should be particularly light, a solid core is to be considered disadvantageous.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Gewicht eines Befestigungselementes der eingangs genannten Gattung weiter zu verringern ohne Einbußen hinsichtlich der Stabilität hinnehmen zu müssen. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein derartiges It is therefore an object of the present invention to further reduce the weight of a fastener of the type mentioned without having to accept losses in terms of stability. Moreover, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method for such a

Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass ein auflösbarer Kern vorgesehen ist, der ein Gewinde aufweist und der von Kohlefasern umwickelbar ist. Der Gedanke dabei ist es, dass der auflösbare Kern eine stützende Struktur für die Kohlefasern darstellt. Nach einem Vergussvorgang mit Harz und anschließendem aushärten des Harzes, kann die stützende Struktur wieder entfernt werden. Auf diese Weise wird ein besonders gewichtsoptimiertes und gleichzeitig stabiles Befestigungselement erzielt. Zu diesem Zweck ist der Kern chemisch, thermisch und/oder mechanisch. This object is achieved by a fastening element having the features of patent claim 1. It is provided that a dissolvable core is provided, which has a thread and which can be wrapped by carbon fibers. The idea is that the dissolvable core is a supporting structure for the carbon fibers. After a molding process with resin and subsequent curing of the resin, the supporting structure can be removed again. In this way, a particularly weight-optimized and at the same time stable fastening element is achieved. For this purpose, the core is chemical, thermal and / or mechanical.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes kann der Kern mit einem abtrennbaren Betätigungskopf versehen sein. Bei dieser Weiterbildung besteht der Gedanke darin, dass der Kern mit den Kohlefasern umwickelt wird und nachfolgend ausgelöst wird. Um das Befestigungselement in einen Werkstoff hinein drehen zu können, ist ein Betätigungskopf notwendig, der als Kreuzschlitzkopf oder Schlitzkopf ausgeführt ist. Der Betätigungskopf wird in die ausgehärteten Kohlefasern drehfest eingesteckt. Dazu wird also nach dem Herauslösen des Kerns ein Betätigungselement mit dem Verbund aus Vergussharz und den Kohlefasern verbunden. According to a development of the subject invention, the core may be provided with a detachable actuating head. In this development, the idea is that the core is wrapped with the carbon fibers and subsequently triggered. In order to rotate the fastener into a material, an actuating head is necessary, which is designed as a crosshead or slot head. The actuating head is inserted in a non-rotatable manner into the hardened carbon fibers. For this purpose, after the extraction of the core, an actuating element is connected to the composite of casting resin and the carbon fibers.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass ein auflösbarer Kern mit Kohlefasern umwickelt wird, wobei der Kern ein Gewinde aufweist. Der mit einem Gewinde versehene Kern wirkt dabei wie ein negatives Relief: Die Kohlefasern werden um den Kern gewickelt und bilden dessen Form nach. Um die gewickelten Kohlefasern in dieser Formgebung zu fixieren, ist vorgesehen, dass ein Vergussvorgang mit Vergussharz erfolgt und nachfolgend der Kern chemisch und/oder thermisch herausgelöst wird. The object underlying the invention is also achieved by a method for producing a fastening element having the features of patent claim 4. It is provided that a dissolvable core is wrapped with carbon fibers, wherein the core has a thread. The threaded core acts like a negative relief: The carbon fibers are wound around the core and form its shape. In order to fix the wound carbon fibers in this shape, it is provided that a potting process takes place with potting resin and subsequently the core is dissolved out chemically and / or thermally.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Schnittansicht eines Kerns auf den Kohlefasern aufwickelbar sind. 1 a schematic sectional view of a core can be wound on the carbon fibers.

Der vorliegende Erfindungsgedanke ist es, dass ein Befestigungselement in Form einer Schraube aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt wird. Dazu wird, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, ein schraubenförmiger Kern mit Kohlefasern umwickelt und das so erhaltene Abbild mit Vergussharz und einem Aushärtevorgang fixiert. Im Ergebnis erhält man eine Schraube aus Kohlefaserverbundwerkstoff, die gegenüber einer herkömmlichen Metallschraube gewichtsreduziert ist ohne an Stabilität einzubüßen. In 1 ist ein schraubenförmiger Kern 1 dargestellt, der mit einem Gewinde 4 versehen ist. Wie es in 1 weiter dargestellt ist, werden um den Kern 1 bzw. dessen Gewinde 4 Kohlefasern 3 gewickelt. Erfolgt das Wickeln der Kohlefasern 3 gleichmäßig, ergibt sich ein negatives Relief des Kerns 1. Um die so erhaltene Schraubengestalt aus Kohlefasern 3 dauerhaft zu fixieren erfolgt ein Vergussvorgang mit Vergussharz. Nachfolgend muss das Vergussharz ausgehärtet werden, was üblicherweise in einem Ofen unter Zuführung von thermischer Energie erfolgt. The present inventive idea is that a fastening element in the form of a screw made of carbon fiber composite material is produced. For this purpose, as will be described in more detail below, a helical core wrapped with carbon fibers and fixes the resulting image with potting resin and a curing process. The result is a screw made of carbon fiber composite material, which is weight-reduced compared to a conventional metal screw without losing stability. In 1 is a helical core 1 shown with a thread 4 is provided. As it is in 1 is further shown, around the core 1 or its thread 4 carbon fibers 3 wound. Is the winding of the carbon fibers 3 evenly, there is a negative relief of the core 1 , To the thus obtained screw shape carbon fibers 3 To permanently fix a potting with potting resin. Subsequently, the potting resin must be cured, which usually takes place in a furnace under the supply of thermal energy.

Nachdem der Verbund aus Kohlefasern 3 und dem Vergussharz ausgehärtet ist, wird der Kern 1 herausgelöst. Dazu besteht der Kern 1 aus einem chemisch und/oder thermisch auflösbaren Material, wie beispielsweise Schaumstoff. Auch ein mechanisches Auslösen des Kerns 1 ist dabei denkbar. Nachdem der Kern 1 herausgelöst wurde, bleibt ein schraubenförmiges Abbild des Kerns 1 aus Kohlefasern 3 und dem Vergussharz bestehen. In dieses schraubenförmige Abbild des Kerns 1 wird ein Betätigungskopf 2 drehfest eingebracht. After the composite of carbon fibers 3 and cured the casting resin, the core 1 removed. This is the core 1 from a chemically and / or thermally dissolvable material, such as foam. Also a mechanical release of the core 1 is conceivable. After the core 1 is removed, remains a helical image of the core 1 made of carbon fibers 3 and the potting resin. In this helical image of the nucleus 1 becomes an actuating head 2 introduced rotatably.

Bei dem Betätigungskopf 2 kann es sich um einen als Kreuzschlitzkopf oder Schlitzkopf ausgeführten Betätigungskopf 2 handeln. Alternativ kann es sich um einen Innenvielzahn-Kopf oder einen Sechsrundkopf handeln. Der Betätigungskopf 2 kann dabei ebenfalls aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt sein. Alternativ ist der Betätigungskopf aus einem Leichtmetall, wie etwa Aluminium oder aus Stahl gefertigt. Entscheidend ist dabei, dass der Betätigungskopf 2 mit dem schraubenförmigen Abbild des Kerns 1 drehfest verbunden ist, sodass ein Eindrehen des Schraubenelements in einen Werkstoff nicht zu einer Relativdrehung des Betätigungskopfs 2 zum schraubenförmigen Abbilds des Kerns 1 führen kann. At the actuator head 2 It may be a crosshead or slotted head actuator head 2 act. Alternatively, it may be an internal serrated head or a six-round head. The actuating head 2 can also be made of carbon fiber composite material. Alternatively, the actuator head is made of a light metal, such as aluminum or steel. It is crucial that the actuator head 2 with the helical image of the nucleus 1 rotatably connected, so that a screwing of the screw member into a material not to a relative rotation of the actuating head 2 to the helical image of the nucleus 1 can lead.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2705336 A1 [0005]
EP 0399548 A2 [0006]

Claims

Fastening element, in particular screw element, which is at least partially made of carbon fiber composite material, characterized in that a dissolvable core ( 1 ), which is a thread ( 4 ) and that of carbon fibers ( 3 ) is umwickelbar.

Fastening element according to claim 1, characterized in that the core ( 1 ) is chemically, thermally and / or mechanically dissolvable.

Fastening element according to claim 1 or 2, characterized in that the core ( 1 ) with a separable actuator head ( 2 ) is provided.

Method for producing a fastening element, in particular screw element, which is produced at least partially from carbon fiber composite material, characterized in that a dissolvable core ( 1 ) with carbon fibers ( 3 ), the core ( 1 ) a thread ( 4 ) having.

A method according to claim 4, characterized in that a casting process takes place with casting resin and subsequently the core ( 1 ) is dissolved out chemically and / or thermally.

A method according to claim 5, characterized in that after the detachment of the core ( 1 ) an actuating element ( 2 ) with the composite of casting resin and the carbon fibers ( 3 ) is connected.