[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2014079855A1 - Fiber-composite hybrid component, and method for producing a fiber-composite hybrid component - Google Patents

Fiber-composite hybrid component, and method for producing a fiber-composite hybrid component Download PDF

Info

Publication number
WO2014079855A1
WO2014079855A1 PCT/EP2013/074231 EP2013074231W WO2014079855A1 WO 2014079855 A1 WO2014079855 A1 WO 2014079855A1 EP 2013074231 W EP2013074231 W EP 2013074231W WO 2014079855 A1 WO2014079855 A1 WO 2014079855A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connecting element
reinforcing fibers
hybrid component
fiber
composite fiber
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/074231
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Lenkenhoff
Stefan Arpad Szabo
Original Assignee
Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh filed Critical Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh
Publication of WO2014079855A1 publication Critical patent/WO2014079855A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/72Encapsulating inserts having non-encapsulated projections, e.g. extremities or terminal portions of electrical components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021Fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046Synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00Vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a fiber composite hybrid component with reinforcing fibers accommodated in a plastic matrix and having at least one metallic connecting element.
  • components made of fiber-reinforced plastic which is also referred to as fiber reinforced plastic (FRP) are increasingly being used.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • Such components allow the achievement of adapted to the particular application mechanical properties, such as high strength and low weight.
  • many structural elements can be made in lightweight construction.
  • components made of fiber composite plastic which are also referred to as hybrid fiber composite components or also referred to below as hybrid components, are used in a wide variety of applications.
  • a fiber composite plastic consists of reinforcing fibers and a surrounding and penetrating plastic matrix.
  • the reinforcing fibers are, for example, glass, carbon or aramid fibers.
  • polyamide (PA) or polypropylene (PP) based thermoplastics are used as the matrix.
  • PA polyamide
  • PP polypropylene
  • the reinforcing fibers are woven into a fiber mat.
  • a semifinished product from a cut single or multi-ply, in particular woven fiber mat with a plastic matrix can be formed by heating and pressing, similar to a conventional metal sheet during deep drawing. Such endlessly reinforced semi-finished products are therefore also referred to as organic sheets.
  • DE 101 35 847 A1 discloses to heat a plate-shaped semi-finished product to the melting point for producing an outer skin part of a motor vehicle body made of a carbon fiber reinforced composite material and to reshape it in a press into which a threaded bushing made of steel has been inserted.
  • the semi-finished product surrounds the threaded bushing with the carbon fiber reinforcement.
  • the connections made possible by this are strictly limited, in particular the production of a cost-effective welded connection is not possible.
  • the application possibilities are restricted by the neck-like gripping of the threaded bush and the strength of the component is reduced.
  • the device-related object is achieved by a generic fiber composite hybrid component mentioned at the outset, in which at least a first subregion of the at least one metallic connecting element is embedding positively in reinforcing fibers in the extension direction and at least one further subregion of the metallic connecting element projects out of the region of the reinforcing fibers as an attachment extension ,
  • a fiber composite hybrid component according to the invention comprises reinforcing fibers accommodated in a plastic matrix and at least one metallic connecting element.
  • the hybrid component has a matrix, for example, based on polyamide (PA) or polypropylene (PP).
  • PA polyamide
  • PP polypropylene
  • the reinforcing fibers can be made into a fabric and, for example, in the form of a fiber fabric or fiber fabric made of continuous fibers, which is impregnated with the plastic matrix and cut to a suitable size.
  • the fabric may be woven in the manner of a canvas, twill or satin weave. One or more layers of fabric may be present.
  • the fiber composite hybrid component may be designed in the manner of a so-called organo sheet.
  • the reinforcing fibers can also form a fleece; the fiber composite component is in this case at least partially formed in the manner of a GMT mat (glass fiber mat thermoplastic, glass mat thermoplastic).
  • the fiber composite hybrid component comprises a plurality of layers of the reinforcing fibers (9, 9 '), wherein at least a first portion of the at least one metallic connecting element is positively embedded between at least two layers of the reinforcing fibers of the fiber composite hybrid component, for example by the fiber fabric or non-woven at least one side around the first portion of the connecting element around.
  • the metallic connecting element is thereby embedded in a form-fitting manner in the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component.
  • the metallic connecting element is in particular designed and embedded in such a way that the positive connection counteracts pulling out of the connecting element from the fiber composite hybrid component in an extension direction which may correspond to a predetermined tensile load.
  • At least a second subregion of the metallic connecting element is designed as an attachment extension, in particular for attachment to a, for example, metallic structural component, and protrudes for this purpose from the region of the reinforcing fibers and in particular also out of the matrix surrounding the reinforcing fibers.
  • the connection element (s) may comprise further sections with different functionalities.
  • the connecting element is positively received between the reinforcing fibers, it is achieved that the connecting element is firmly and securely connected by the achieved positive connection with the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component.
  • the second subregion of the metallic connecting element is designed as an attachment extension achieves that the fiber composite hybrid component can be connected, in particular welded, in a manner determined by the respective requirements with a further structural component, in particular with a metallic structural component.
  • the first subregion of the at least one metallic connecting element is mit- tig embedded between the plurality of fiber layers or fabric layers. In this way, the strength of the connection between the metallic connecting element and the fiber-plastic composite can be further increased.
  • the fiber layers can surround the metallic connecting element symmetrically or asymmetrically. It may be particularly advantageous that the at least one fiber layer extending on one side of the metallic connecting element is substantially flat, i. essentially in a plane past the metallic connecting element, while on the other side of the metallic connecting element, the fiber layer or fiber layers is guided around the metallic connecting element or are. As a result, a bead projecting toward one side of the fiber composite hybrid component is formed, which encloses the first subregion of the metallic connecting element. In this way it is achieved that the rigidity of the hybrid component in the region of the connection with the metallic connecting element is largely unattenuated.
  • the strength of the connection between the metallic connecting element and the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component is achieved by the fact that the plurality of fiber layers are formed by pressing with heat addition and in particularly close connection with each other. Furthermore, the fiber layers are thereby formed particularly tightly around the first subregion of the metallic connecting element. A tearing out of the metallic connecting element from the hybrid component under load can thereby be prevented particularly reliably, with the achievable tearing force generally increasing with the pressure applied during pressing and by selecting a u.a. can be optimized by the organo sheets used and the geometry of the metallic fastener dependent optimal pressure.
  • the reinforcing fibers may at least partially comprise a fabric, but may also at least partially form a nonwoven.
  • the at least one metallic connecting element is embedded in an organo-sheet-GMT-organo-sheet composite.
  • the at least one metallic connecting element is embedded in an organo-sheet-GMT-organo-sheet composite.
  • the at least two organic sheets each having at least one fabric layer of reinforcing fibers embedded a GMT mat.
  • the GMT mat allows a further improved positive connection with the at least one connecting element embedded in the organic sheet / GMT composite.
  • the at least one metallic connecting element consists at least partially of steel. This not only achieves a particularly high strength of the connecting element, but also simplifies the connection to a structural component made of steel.
  • the metallic dacart- element is designed as a wire hanger with at least one end-side Anbindefortatz.
  • a wire hanger is simple and inexpensive to manufacture and easy to handle in the embedding between the reinforcing fibers of the fiber composite hybrid component.
  • the at least one metallic connecting element is designed as a wire bow with two terminally arranged, in particular bent-over attachment extensions, wherein the first portion of the connecting element is a central region of the wire strap which is embedded between the reinforcing fibers.
  • the wire bow may for example be substantially U-shaped, wherein the ends of the legs may be angled and form the Anbindefortance, while the central region and the adjoining portions of the legs between the at least two layers of reinforcing fibers and thus between the fibers and in the matrix of the fiber composite hybrid component is embedded.
  • the Anbindefort exclusively as connecting lugs for Joining method, in particular as welding terminal lugs formed.
  • the wire hanger can thus be welded in the usual way to the structural component.
  • the terminal lugs are preferably flattened and may have a surface configuration adapted to the shape of the structural component to which the fiber composite hybrid component is to be joined. As a result, the connection of the hybrid component to the structural component is further improved.
  • the Anbindefort algorithms as welding ßan gleichfah- NEN can be exploited beyond the special advantage that during welding of the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component is not heated to the extent that this would be destroyed or damaged, since usually the heat absorption of a metallic Structural component to which the welding terminal lugs are welded, due to the larger material cross-section and the associated greater mass is higher than the heat absorption of the metallic connecting element. Therefore, the heat introduced during welding is thus largely dissipated into the structural component. Furthermore, only a small heat input is necessary for welding due to the very short-term heating and the low thermal mass of the welding terminal lugs.
  • the formation of the Anbindefortodia as welding terminal lugs has the further advantage that even with small available attachment surfaces of the structural component, for example, provide for a bond too little area, a firm connection can be realized.
  • the fiber composite hybrid component is designed to be wavy in a region adjacent to the first region of the connecting element, the waves preferably being directed at least in sections parallel to a longitudinal extension of the first subregion of the connecting element.
  • the wave-shaped region is arranged adjacent to the embedded first subregion thereof, in particular in a direction which corresponds to an extension direction of the connecting element from its embedding arrangement.
  • the connecting element is designed as a wire bow on which a tensile load takes place in a direction perpendicular to the first partial region
  • the waves run in the region of the fiber-plastic composite adjacent to the first subregion of the wire hoop in the direction of the tensile load, and there at least in sections parallel to the longitudinal direction of the first subregion of the wire.
  • a plurality of waves ie a plurality of wave crests and troughs, are provided, but it may also be sufficient, for example, a single wave with a single wave crest or a single wave trough.
  • the above-mentioned method-related object is achieved by a method for producing a fiber composite hybrid component in which at least one organic sheet is provided which contains at least one preferably woven fiber layer in a plastic matrix.
  • the at least one organic sheet may itself have multiple layers of reinforcing fibers, such as multiple layers of fabric.
  • the at least one organic sheet is laid so that two areas of the organic sheet overlap one another, for example, by folding one area of the organic sheet over the other; It is also possible for a plurality of separate organic sheets each containing at least one layer of reinforcing fibers received in a plastic matrix to be arranged and overlapping one another.
  • the plurality of organic sheets or organic sheet areas are inserted according to the inventive method in a pressing tool of a press.
  • At least one metallic connecting element is arranged between the at least two organic sheets or organic sheet areas, so that at least a first partial area of the connecting element is arranged in a space between the two organic sheets or areas and at least one second partial area of the connecting element, which serves as attachment to the Tying on a metallic structural component is formed, protrudes from the intermediate space.
  • the metallic connecting element is designed such that a positive embedding of the first portion in the two organic sheets or areas by closing the gap by Betä- term of the pressing tool is possible.
  • the at least two organic sheets or areas are heated to a temperature above the melting point of the plastic matrix and pressed into a desired shape in the pressing tool. As a result, the at least two organic sheets or areas are pressed together.
  • This process can be carried out in one step.
  • the first subregion of the connecting element is embedded in a form-fitting manner between the two organic sheets or areas, in particular between two fiber layers.
  • the second subarea, and thus the at least one attachment extension projects out of the composite of the two organic sheets or areas after pressing.
  • the composite of the two organic sheets or organic sheet areas and the at least one connecting element is thus produced in one step with the shaping and pressing of the organo sheets or areas.
  • a fiber composite hybrid component described above can be produced by the method according to the invention.
  • a composite of at least two are formed with at least one GMT mat, wherein the plastic matrix of the GMT mat is the same as that of the or the Organobleche.
  • the GMT mat is embedded between the organ beads or organic sheet areas; Incidentally, the method proceeds as described above.
  • Such an organic sheet GMT organo-sheet composite allows an even better form-fitting and an even more secure connection with the connecting element and therefore with the structural component.
  • FIG. 1 shows a detail of a fiber composite hybrid component according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a microscopic partial section of the fiber composite hybrid component according to FIG. 1 in the plane A-B, FIG.
  • FIG. 3 shows a wire hanger for connecting a fiber composite hybrid component to a structural component according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows the connection of a fiber composite hybrid component to a structural component according to the second exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a partial microscopic section of a composite fiber hybrid component with an organic sheet-GMT organo-sheet composite
  • FIG. 6 shows a metallic structural component with connecting elements formed integrally therewith.
  • the fiber composite hybrid component 1 shows a detail of a fiber composite hybrid component according to a first embodiment of the invention is shown in plan view.
  • the fiber composite hybrid component 1 comprises a fiber-plastic composite 2 and a wire hanger 3 connected thereto.
  • Plastic composite 2 consists of a plurality of pressed together organic sheets or superimposed areas of an organo-sheet, each organo-sheet having at least one fabric layer of reinforcing fibers, and a surrounding plastic matrix.
  • the plastic matrix supports the reinforcing fibers and protects them against external damage.
  • the fiber-plastic composite 2 may also comprise one or more GMT mats. Before pressing the fabric layers or the fiber-reinforced mats the wire bracket 3 has been inserted between them.
  • a first portion of the wire bracket 3 is embedded in the fiber-plastic composite 2 (embedding area 4); In this area, the upper fabric layers with the surrounding matrix in the form of a bead 5 are arched over the wire bracket 3.
  • the wire bow 3 has a second and a third portion, which are formed as Anbindefort accounts 6, 6 'and protrude from the fiber-plastic composite 2 of the fiber composite hybrid component 1.
  • the composite fiber hybrid component 1 can be connected to the attachment extensions 6, 6 'to a particular metallic structural element.
  • the wire bracket 3 is embedded with its embedding 4 fixed in the fiber-plastic composite 2 and held in this form-fitting, as seen in Figure 1, in the extension direction. Forces which are exerted on the fiber composite hybrid component 1 by a structural component (not shown in FIG. 1) connected to the attachment extensions 6, 6 ', to which the hybrid fiber hybrid component 1 is welded, are transmitted via the attachment extensions 6, 6' and the embedding region 4 of the wire hanger 3 introduced into the fiber-plastic composite 2 of the fiber composite hybrid component 1 or vice versa. Due to the U-shaped design of the wire bracket 3 and the inclusion of areas of the legs in the fiber-plastic composite 2 of the wire bracket 3 is held firmly against lateral forces in this.
  • the partial area of the fiber-plastic composite 2 adjacent to the embedding area 4 of the wire clip 3 in a pull-out direction which in the example shown is directed essentially downwards form as a wave region 7.
  • the shaft region 7, in the exemplary embodiment shown, has two shafts 8, 8 'whose ridges or valleys run parallel to the middle part of the wire bow 3.
  • a wave trough corresponds to a front wave crest and vice versa.
  • the wave-shaped design of the region adjacent to the embedding region 4 creates or improves a positive connection between the reinforcing fibers.
  • the Ausr When against tearing of the wire clip 3 in the direction perpendicular to the waves 8, 8 'direction is further increased.
  • FIG. 2 shows a microscopic partial section in the plane AB through the fiber composite hybrid component 1 in the region of the bead 5 shown in FIG. 1, the sectional plane being perpendicular to the plane of the drawing of FIG.
  • some reinforcing fibers 9 extend above the metallic connecting element 10 of the wire clip 3, while further reinforcing fibers 9 'extend below the connecting element 10.
  • the reinforcing fibers 9 'arranged below the connecting element 10 run largely flat, whereas the reinforcing fibers 9 running above the connecting element 10 are placed around the connecting element 10.
  • the connecting element 10 is positively embedded between the reinforcing fibers 9, 9 '. Between the reinforcing fibers 9, 9 ', the plastic matrix 1 1 can be seen.
  • the metallic connecting element 10 is embedded in the example shown in FIG. 2 asymmetrically between the reinforcing fibers 9, 9 ', but may also be arranged symmetrically between the reinforcing fibers 9, 9'.
  • the shafts 8, 8 'shown in FIG. 1 are not shown in FIG. FIG.
  • FIG. 3 shows a wire bow 13 for connecting a fiber composite hybrid component to a structural component 14 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the wire bracket 13 is adapted to its surface shape for connection to the structural component 14.
  • the wire bow 13 has a first portion which is formed as a U-shaped embedding region 15, a second portion which is formed as Anbindefortsatz 1 6, and other sub-areas, the abutment as support area 17, as another U-shaped embedding area 18 and formed as a further Anbindefortsatz 19.
  • the Anbindefort instruments 1 6, 19, which are formed as a welding terminal lugs can be firmly connected by welding to the structural component 14.
  • the wire bow 13 is preferably made of steel.
  • the support portion 17 may also be connected to the structural member 14, but this is not necessarily required depending on the type and direction of the load acting on the wire bracket 13 load.
  • the wire bracket 13 with its U-shaped embedding areas 15, 18 is embedded in the fiber-plastic composite 20 of the fiber composite hybrid component 21 in a manner similar to that shown in FIG.
  • the Anbindefortments 1 6, 19 and the support portion 17 protrude from the fiber-plastic composite 20 out.
  • FIG. 5 shows, by way of example, a microscopic partial section of a fiber composite hybrid component with an organic sheet-GMT-organo-sheet composite.
  • the GMT material is designated by reference numeral 22 in FIG. Otherwise, the explanations given for FIG. 2 apply.
  • FIG. 6 shows a metallic structural component 23 with connecting elements 24 formed integrally therewith. In the case of such a structural component 23, it is not necessary first to embed a metallic connecting element in a hybrid fiber composite component and then to bind it in a materially bonded manner to another structural element. Instead, the integrally formed with the structural component 23 connecting elements 24 with fiber composite mats, in particular one or more organo sheets or Organoblech Schemeen and / or GMT mats, pressed.
  • An inventive hybrid fiber composite component is suitable, for example, for connecting holders and supports, for example a tunnel brace, to a cross-car-beam, but this also makes it possible to realize a large number of further connections, in particular in the area of bodywork.
  • the problem of high connection costs in hybrid structures in lightweight construction is eliminated by the solution according to the invention, in that, for example, inexpensive hybrid structures can be produced by welding.
  • the advantage can also be achieved that no melting takes place in a transition region of the fiber composite hybrid component during the welding process.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

The invention relates to a fiber-composite hybrid component 1 with reinforcing fibers 9 which are received in a plastic matrix and with at least one metal connecting element 10. The invention is characterized in that the fiber-composite hybrid component 1 comprises a plurality of layers of reinforcing fibers 9, 9'; at least one first sub-region of the at least one metal connecting element 10 is embedded between at least two layers of reinforcing fibers 9, 9' in a formfitting manner; and at least one additional sub-region of the metal connecting element 10 projects out of the region of the reinforcing fibers 9, 9' as a connecting protrusion. The invention further relates to a method for producing such a fiber-composite hybrid component 1.

Description

Faserverbundhybridbauteil und Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundhybridbauteils  Composite fiber hybrid component and method of making a fiber composite hybrid component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Faserverbundhybridbauteil mit in einer Kunststoffmatrix aufgenommenen Verstärkungsfasern und mit mindes- tens einem metallischen Verbindungselement. The present invention relates to a fiber composite hybrid component with reinforcing fibers accommodated in a plastic matrix and having at least one metallic connecting element.
In vielen Bereichen der Technik werden zunehmend Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff, der auch als Faserverbundkunststoff (FVK) bezeichnet wird, eingesetzt. Derartige Bauteile ermöglichen die Erzielung an den jeweiligen Anwendungszweck angepasster mechanischer Eigenschaften, beispielsweise hohe Festigkeit bei geringem Gewicht. Hierdurch können viele Strukturelemente in Leichtbauweise ausgeführt werden. Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich werden Bauteile aus Faserverbundkunststoff, die auch als Faserverbundhybridbauteile oder im Folgenden auch kurz als Hybridbauteile bezeichnet werden, in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. In many areas of technology, components made of fiber-reinforced plastic, which is also referred to as fiber reinforced plastic (FRP), are increasingly being used. Such components allow the achievement of adapted to the particular application mechanical properties, such as high strength and low weight. As a result, many structural elements can be made in lightweight construction. Particularly in the automotive sector, components made of fiber composite plastic, which are also referred to as hybrid fiber composite components or also referred to below as hybrid components, are used in a wide variety of applications.
Ein Faserverbundkunststoff besteht aus Verstärkungsfasern und einer diese umgebenden und diese durchdringenden Kunststoffmatrix. Die Ver- Stärkungsfasern sind beispielsweise Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfa- sern. Als Matrix kommen typischerweise thermoplastische Kunststoffe auf Polyamid (PA)- oder Polypropylen (PP)-Basis zum Einsatz. Die Verstärkungsfasern sind hierbei zu einer Fasermatte gewebt. Ein Halbzeug aus einer zugeschnittenen ein- oder mehrlagigen, insbesondere gewebten Fa- sermatte mit einer Kunststoffmatrix kann durch Erwärmen und Pressen geformt werden, ähnlich wie ein herkömmliches Blech aus Metall beim Tiefziehen. Derartige endlos verstärkte Halbzeuge werden daher auch als Organobleche bezeichnet. Häufig ist es notwendig, ein Faserverbundhybridbauteil mit einem anderen Strukturbauteil, insbesondere mit einem metallischen Strukturbauteil, zu verbinden. Hierzu ist es bekannt, Faserverbundhybridbauteile stoffschlüssig über einen Klebstoff an Metallstrukturen anzubinden. Ein stoffschlüssiges Verbinden durch Klebstoff ist in der Regel jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden, da einerseits der Klebstoff selbst Kosten verursacht und andererseits durch den Klebeprozess ein beträchtlicher Aufwand entsteht, beispielsweise durch zusätzliche mechanische Verbindungen, die erforderlich sind, um die miteinander zu verbindenden Bauteile beim Kle- ben in ihrer Position zu halten, oder eine notwendige Erwärmung vorzunehmen, damit der Klebstoff aushärtet. Außerdem müssen hierfür Klebeflansche an dem Hybridbauteil vorgesehen werden. A fiber composite plastic consists of reinforcing fibers and a surrounding and penetrating plastic matrix. The reinforcing fibers are, for example, glass, carbon or aramid fibers. Typically, polyamide (PA) or polypropylene (PP) based thermoplastics are used as the matrix. The reinforcing fibers are woven into a fiber mat. A semifinished product from a cut single or multi-ply, in particular woven fiber mat with a plastic matrix can be formed by heating and pressing, similar to a conventional metal sheet during deep drawing. Such endlessly reinforced semi-finished products are therefore also referred to as organic sheets. Often it is necessary to connect a fiber composite hybrid component with another structural component, in particular with a metallic structural component. For this purpose, it is known to bond fiber composite hybrid components by means of an adhesive to metal structures. However, a cohesive bonding by adhesive is usually relatively high Costs associated because on the one hand causes the adhesive itself costs and on the other hand by the bonding process, a considerable effort, for example, by additional mechanical connections that are required to hold the components to be joined together during bonding in position, or a necessary heating to harden so that the adhesive hardens. In addition, adhesive flanges must be provided on the hybrid component for this purpose.
Ferner ist es bekannt, Faserverbundhybridbauteile formschlüssig über me- tallische Verbindungselemente, etwa Schrauben oder Nieten, an Metallstrukturen anzubinden. So ist in DE 101 35 847 A1 offenbart, zur Herstellung eines Außenhautteils einer Kraftfahrzeugkarosserie aus einem kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoff ein plattenförmiges Halbzeug bis zum Schmelzpunkt zu erhitzen und in einer Presse, in die auf eine Aufnahme eine Gewindebuchse aus Stahl eingelegt worden ist, umzuformen. Dabei legt sich das Halbzeug mit der Kohlefaserverstärkung um die Gewindebuchse herum. Die hierdurch ermöglichten Anbindungen sind jedoch eng begrenzt, insbesondere ist die Herstellung einer kostengünstigen Schweißverbindung nicht möglich. Ferner werden durch das halsartige Umgreifen der Gewindebuchse die Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt sowie die Festigkeit des Bauteils verringert. Zudem ist eine Faltenbildung des Gewebematerials bei dem halsartigen Umgreifen zu befürchten. In vielen Bereichen, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen im Karosseriebereich, ist das Schweißen die gängigste Fügemethode, da hierdurch mit geringem Kosten- und Zeitaufwand langlebige Verbindungen geschaffen werden können. Eine Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die miteinander zu verbindenden Werkstoffe gleich oder weitgehend gleich sind. Furthermore, it is known to connect fiber composite hybrid components to metallic structures in a form-fitting manner via metallic connecting elements, such as screws or rivets. Thus, DE 101 35 847 A1 discloses to heat a plate-shaped semi-finished product to the melting point for producing an outer skin part of a motor vehicle body made of a carbon fiber reinforced composite material and to reshape it in a press into which a threaded bushing made of steel has been inserted. The semi-finished product surrounds the threaded bushing with the carbon fiber reinforcement. However, the connections made possible by this are strictly limited, in particular the production of a cost-effective welded connection is not possible. Furthermore, the application possibilities are restricted by the neck-like gripping of the threaded bush and the strength of the component is reduced. In addition, a wrinkling of the fabric material in the neck-like embrace is to be feared. In many areas, for example in motor vehicles in the body sector, welding is the most common method of joining, as this can be achieved with little cost and time consuming long-lasting connections. A prerequisite for this, however, is that the materials to be joined together are the same or largely the same.
Aus DE 10 2010 034 183 A1 ist bekannt, dass in ein aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehendes Bauteil Schweißniete aus Stahl eingesetzt werden. Diese sind formschlüssig an dem Bauteil gehalten und können durch Punktschweißen mit einem aus Stahl bestehenden weiteren Bauteil verbunden werden. Die Nietelemente sind jedoch relativ klein und können den Faserverlauf im Bauteil unterbrechen und daher leicht ausscheren. Ferner ist beim Schweißvorgang durch die Anlagefläche der Nietelemente an dem Kunststoffbauteil eine übermäßige Erwärmung desselben zu befürchten, was zu einer Beschädigung oder sogar zu einer Zerstörung des Kunststoffmaterials führen kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Faserverbundhybridbauteil der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, damit mit diesem eine verbesserte und kostengünstigere Verbindung mit einem metallischen Strukturbauteil möglich ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Faserverbundhybridbauteils anzugeben. From DE 10 2010 034 183 A1 it is known that in a made of a fiber-reinforced plastic component welding rivets made of steel are used. These are held in a form-fitting manner on the component and can be connected by spot welding to a further component made of steel. However, the rivet elements are relatively small and can interrupt the fiber flow in the component and therefore easy to shear. Furthermore, in the welding process by the contact surface of the Rivet elements on the plastic component to fear the excessive heating of the same, which can lead to damage or even destruction of the plastic material. The invention is therefore based on the object of developing a composite fiber hybrid component of the type mentioned in such a way so that with this an improved and less expensive connection with a metallic structural component is possible, and to provide a method for producing such a fiber composite hybrid component.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Faserverbundhybridbauteil gelöst, bei dem zumindest ein erster Teilbereich des mindestens einen metallischen Verbindungselements in Auszugsrichtung formschlüssig in Verstärkungsfasern einge- bettet ist und mindestens ein weiterer Teilbereich des metallischen Verbindungselements als Anbindefortsatz aus dem Bereich der Verstärkungsfasern heraus ragt. The device-related object is achieved by a generic fiber composite hybrid component mentioned at the outset, in which at least a first subregion of the at least one metallic connecting element is embedding positively in reinforcing fibers in the extension direction and at least one further subregion of the metallic connecting element projects out of the region of the reinforcing fibers as an attachment extension ,
Ein erfindungsgemäßes Faserverbundhybridbauteil umfasst in einer Kunststoffmatrix aufgenommene Verstärkungsfasern und mindestens ein metallisches Verbindungselement. Das Hybridbauteil weist eine Matrix beispielsweise auf Polyamid (PA)- oder Polypropylen (PP)-Basis auf. Die Verstärkungsfasern können insbesondere zu einem Gewebe verarbeitet sein und beispielsweise in Form eines aus Endlosfasern hergestellten Fa- sergewebes oder Fasergeleges vorliegen, das mit der Kunststoffmatrix getränkt ist und auf eine geeignete Größe zugeschnitten ist. Das Gewebe kann etwa nach Art eines Leinwand-, Köper- oder Atlas-Gewebes gewebt sein. Dabei können eine oder mehrere Gewebelagen vorhanden sein. Insbesondere kann das Faserverbundhybridbauteil nach Art eines sogenann- ten Organobleches ausgebildet sein. Die Verstärkungsfasern können aber auch ein Vlies bilden; das Faserverbundbauteil ist in diesem Fall zumindest teilweise nach Art einer GMT-Matte (Glasfasermatten-Thermoplast, Glass Mat Thermoplastic) ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst das Faserverbundhybridbauteil eine Mehrzahl von Schichten der Verstärkungsfasern (9, 9'), wobei zumindest ein erster Teilbereich des mindestens einen metallischen Verbindungselements formschlüssig zwischen mindestens zwei Schichten der Verstärkungsfasern des Faserverbundhybridbauteils eingebettet ist, indem etwa das Fasergewebe oder -vlies zumindest einseitig um den ersten Teilbereich des Verbindungselementes herum gelegt ist. Das metallische Verbindungs- element ist dadurch formschlüssig in den Faser-Kunststoff-Verbund des Faserverbundhybridbauteils eingebettet. Das metallische Verbindungselement ist insbesondere derart ausgebildet und eingebettet, dass der Formschluss einem Herausziehen des Verbindungselements aus dem Faserverbundhybridbauteil in einer Auszugsrichtung, die einer vorgegebe- nen Zugbelastung entsprechen kann, entgegenwirkt. Mindestens ein zweiter Teilbereich des metallischen Verbindungselements ist als Anbindefortsatz ausgebildet, insbesondere zum Anbinden an ein beispielsweise metallisches Strukturbauteil, und ragt zu diesem Zweck aus dem Bereich der Verstärkungsfasern sowie insbesondere auch aus der Matrix, die die VerStärkungsfasern umgibt, heraus. Es können ein oder mehrere Verbindungselemente, die jeweils erste und zweite Teilbereiche umfassen, vorhanden sein. Das bzw. die Verbindungselemente können weitere Teilbereiche mit unterschiedlichen Funktionalitäten umfassen. Dadurch, dass der erste Teilbereich des Verbindungselements formschlüssig zwischen den Verstärkungsfasern aufgenommen ist, ist erreicht, dass das Verbindungselement durch den erzielten Formschluss fest und sicher mit dem Faser-Kunststoff-Verbund des Faserverbundhybridbauteils verbunden ist. Weiterhin kann dadurch, dass der zweite Teilbereich des metallischen Verbindungselements als Anbindefortsatz ausgebildet ist, erreicht werden, dass das Faserverbundhybridbauteil in einer durch die jeweiligen Anforderungen bestimmten Weise mit einem weiteren Strukturbauteil, insbesondere mit einem metallischen Strukturbauteil, verbunden werden kann, insbesondere verschweißt werden kann. Schließlich kann durch die Einbettung des ersten Teilbereichs des Verbindungselements zwischen die miteinander verbundenen Faserschichten auf einfache Weise ein formschlüssiger und besonders sicherer und fester Verbund zwischen dem metallischen Verbindungselement, den Verstärkungsfasern und der Matrix erzielt werden. A fiber composite hybrid component according to the invention comprises reinforcing fibers accommodated in a plastic matrix and at least one metallic connecting element. The hybrid component has a matrix, for example, based on polyamide (PA) or polypropylene (PP). In particular, the reinforcing fibers can be made into a fabric and, for example, in the form of a fiber fabric or fiber fabric made of continuous fibers, which is impregnated with the plastic matrix and cut to a suitable size. The fabric may be woven in the manner of a canvas, twill or satin weave. One or more layers of fabric may be present. In particular, the fiber composite hybrid component may be designed in the manner of a so-called organo sheet. However, the reinforcing fibers can also form a fleece; the fiber composite component is in this case at least partially formed in the manner of a GMT mat (glass fiber mat thermoplastic, glass mat thermoplastic). According to the invention, the fiber composite hybrid component comprises a plurality of layers of the reinforcing fibers (9, 9 '), wherein at least a first portion of the at least one metallic connecting element is positively embedded between at least two layers of the reinforcing fibers of the fiber composite hybrid component, for example by the fiber fabric or non-woven at least one side around the first portion of the connecting element around. The metallic connecting element is thereby embedded in a form-fitting manner in the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component. The metallic connecting element is in particular designed and embedded in such a way that the positive connection counteracts pulling out of the connecting element from the fiber composite hybrid component in an extension direction which may correspond to a predetermined tensile load. At least a second subregion of the metallic connecting element is designed as an attachment extension, in particular for attachment to a, for example, metallic structural component, and protrudes for this purpose from the region of the reinforcing fibers and in particular also out of the matrix surrounding the reinforcing fibers. There may be one or more connecting elements, each comprising first and second portions. The connection element (s) may comprise further sections with different functionalities. The fact that the first portion of the connecting element is positively received between the reinforcing fibers, it is achieved that the connecting element is firmly and securely connected by the achieved positive connection with the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component. Furthermore, the fact that the second subregion of the metallic connecting element is designed as an attachment extension achieves that the fiber composite hybrid component can be connected, in particular welded, in a manner determined by the respective requirements with a further structural component, in particular with a metallic structural component. Finally, by embedding the first portion of the connecting element between the interconnected fiber layers in a simple manner a positive and secure and secure bond between the metallic connecting element, the reinforcing fibers and the matrix can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Teilbereich des mindestens einen metallischen Verbindungselements mit- tig zwischen die Mehrzahl an Faserschichten bzw. Gewebelagen eingebettet. Hierdurch kann die Festigkeit der Verbindung zwischen dem metallischen Verbindungselement und dem Faser-Kunststoff-Verbund weiter erhöht werden. According to a preferred embodiment of the invention, the first subregion of the at least one metallic connecting element is mit- tig embedded between the plurality of fiber layers or fabric layers. In this way, the strength of the connection between the metallic connecting element and the fiber-plastic composite can be further increased.
Die Faserschichten können das metallische Verbindungselement symmetrisch oder asymmetrisch umgeben. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, dass die auf der einen Seite des metallischen Verbindungselements verlaufende, mindestens eine Faserschicht im Wesentlichen flach, d.h. im Wesentlichen in einer Ebene, an dem metallischen Verbindungselement vorbei gelegt ist, während auf der anderen Seite des metallischen Verbindungselements die Faserschicht bzw. Faserschichten um das metallische Verbindungselement herumgeführt ist bzw. sind. Hierdurch wird ein nach einer Seite des Faserverbundhybridbauteils hervortretender Wulst gebil- det, der den ersten Teilbereich des metallischen Verbindungselements einschließt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Steifigkeit des Hybridbauteils im Bereich der Verbindung mit dem metallischen Verbindungselement weitgehend ungeschwächt ist. Die Festigkeit der Verbindung zwischen dem metallischen Verbindungselement und dem Faser-Kunststoff-Verbund des Faserverbundhybridbauteils wird dadurch erzielt, dass die mehreren Faserschichten bzw. Gewebelagen unter Wärmezugabe durch Verpressen geformt und miteinander in besonders enge Verbindung gebracht worden sind. Ferner werden hier- durch die Faserschichten besonders eng um den ersten Teilbereich des metallischen Verbindungselements herum geformt. Ein Ausreißen des metallischen Verbindungselements aus dem Hybridbauteil unter Last kann hierdurch besonders sicher verhindert werden, wobei die erzielbare Aus- reißkraft in der Regel mit dem beim Verpressen angewandten Druck zu- nimmt und durch Wahl eines u.a. von den verwendeten Organoblechen und der Geometrie des metallischen Verbindungselements abhängigen optimalen Drucks optimiert werden kann. The fiber layers can surround the metallic connecting element symmetrically or asymmetrically. It may be particularly advantageous that the at least one fiber layer extending on one side of the metallic connecting element is substantially flat, i. essentially in a plane past the metallic connecting element, while on the other side of the metallic connecting element, the fiber layer or fiber layers is guided around the metallic connecting element or are. As a result, a bead projecting toward one side of the fiber composite hybrid component is formed, which encloses the first subregion of the metallic connecting element. In this way it is achieved that the rigidity of the hybrid component in the region of the connection with the metallic connecting element is largely unattenuated. The strength of the connection between the metallic connecting element and the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component is achieved by the fact that the plurality of fiber layers are formed by pressing with heat addition and in particularly close connection with each other. Furthermore, the fiber layers are thereby formed particularly tightly around the first subregion of the metallic connecting element. A tearing out of the metallic connecting element from the hybrid component under load can thereby be prevented particularly reliably, with the achievable tearing force generally increasing with the pressure applied during pressing and by selecting a u.a. can be optimized by the organo sheets used and the geometry of the metallic fastener dependent optimal pressure.
Die Verstärkungsfasern können zumindest zum Teil ein Gewebe, können aber auch zumindest zum Teil ein Vlies bilden. In besonders bevorzugter Weise ist das wenigstens eine metallische Verbindungselement in einen Organoblech-GMT-Organoblech-Verbund eingebettet. Dabei wird zwi- schen wenigstens zwei Organobleche mit jeweils mindestens einer Gewebeschicht aus Verstärkungsfasern eine GMT-Matte eingebettet. Die GMT- Matte ermöglicht einen weiter verbesserten Formschluss mit dem in den Organoblech-GMT-Verbund eingebetteten mindestens einen Verbin- dungselement. The reinforcing fibers may at least partially comprise a fabric, but may also at least partially form a nonwoven. In a particularly preferred manner, the at least one metallic connecting element is embedded in an organo-sheet-GMT-organo-sheet composite. Here is be- at least two organic sheets each having at least one fabric layer of reinforcing fibers embedded a GMT mat. The GMT mat allows a further improved positive connection with the at least one connecting element embedded in the organic sheet / GMT composite.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mindestens eine metallische Verbindungselement zumindest teilweise aus Stahl. Hierdurch wird nicht nur eine besonders hohe Festigkeit des Ver- bindungselements erzielt, sondern auch die Verbindung mit einem Strukturbauteil aus Stahl vereinfacht. According to a preferred embodiment of the invention, the at least one metallic connecting element consists at least partially of steel. This not only achieves a particularly high strength of the connecting element, but also simplifies the connection to a structural component made of steel.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine metallische Verbindungselement einstückig mit dem Strukturbauteil ausgebildet. Flierdurch wird auf besonders einfache Weise eine besonders feste Verbindung zwischen dem Faserverbundhybridbauteil und dem Strukturbauteil ermöglicht. According to one embodiment, the at least one metallic connecting element is formed integrally with the structural component. Flierdurch a particularly strong connection between the fiber composite hybrid component and the structural component is made possible in a particularly simple manner.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das metallische Verbindungsele- ment als ein Drahtbügel mit mindestens einem endseitigen Anbindefortsatz ausgebildet. Ein solcher Drahtbügel ist einfach und kostengünstig herzustellen und bei der Einbettung zwischen die Verstärkungsfasern des Faserverbundhybridbauteils leicht zu handhaben. Gemäß einer solchen Ausführungsform ist das mindestens eine metallische Verbindungselement als Drahtbügel mit zwei endseitig angeordneten, insbesondere abgekröpften Anbindefortsätzen ausgebildet, wobei der erste Teilbereich des Verbindungselements ein mittlerer Bereich des Drahtbügels ist, der zwischen die Verstärkungsfasern eingebettet ist. Der Drahtbügel kann beispielsweise im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sein, wobei die Enden der Schenkel abgewinkelt sein können und die Anbindefortsätze ausbilden, während der mittlere Bereich sowie die daran anschließenden Teilbereiche der Schenkel zwischen die mindestens zwei Schichten der Verstärkungsfasern und somit zwischen die Fasern und in die Matrix des Faserverbundhybridbauteils eingebettet sind. According to a further embodiment, the metallic Verbindungsele- element is designed as a wire hanger with at least one end-side Anbindefortatz. Such a wire hanger is simple and inexpensive to manufacture and easy to handle in the embedding between the reinforcing fibers of the fiber composite hybrid component. According to such an embodiment, the at least one metallic connecting element is designed as a wire bow with two terminally arranged, in particular bent-over attachment extensions, wherein the first portion of the connecting element is a central region of the wire strap which is embedded between the reinforcing fibers. The wire bow may for example be substantially U-shaped, wherein the ends of the legs may be angled and form the Anbindefortsätze, while the central region and the adjoining portions of the legs between the at least two layers of reinforcing fibers and thus between the fibers and in the matrix of the fiber composite hybrid component is embedded.
In vorteilhafter Weise sind die Anbindefortsätze als Anschlussfahnen für Fügeverfahren, insbesondere als Schweißanschlussfahnen, ausgebildet. Der Drahtbügel kann somit in üblicher Weise an das Strukturbauteil angeschweißt werden. Die Anschlussfahnen sind vorzugsweise abgeflacht und können eine an die Form des Strukturbauteils, mit dem das Faserver- bundhybridbauteil zu verbinden ist, angepasste Oberflächengestaltung aufweisen. Hierdurch wird die Anbindung des Hybridbauteils an das Strukturbauteil weiter verbessert. Advantageously, the Anbindefortsätze as connecting lugs for Joining method, in particular as welding terminal lugs formed. The wire hanger can thus be welded in the usual way to the structural component. The terminal lugs are preferably flattened and may have a surface configuration adapted to the shape of the structural component to which the fiber composite hybrid component is to be joined. As a result, the connection of the hybrid component to the structural component is further improved.
Bei einer Ausgestaltung der Anbindefortsätze als Schwei ßanschlussfah- nen kann darüber hinaus der besondere Vorteil ausgenutzt werden, dass beim Schweißen der Faser-Kunststoff- Verbund des Faserverbundhybridbauteils nicht soweit erwärmt wird, dass dieser zerstört oder beschädigt würde, da in aller Regel die Wärmeaufnahme eines metallischen Strukturbauteils, an welches die Schweißanschlussfahnen angeschweißt werden, aufgrund des größeren Materialquerschnitts und der damit verbundenen größeren Masse höher ist als die Wärmeaufnahme des metallischen Verbindungselements. Daher wird die beim Schweißen eingebrachte Wärme somit weit überwiegend in das Strukturbauteil abgeleitet. Ferner ist zum Schweißen aufgrund der sehr kurzzeitigen Erhitzung und der geringen thermischen Masse der Schweißanschlussfahnen nur ein geringer Wärmeeintrag notwendig. Die Ausbildung der Anbindefortsätze als Schweißanschlussfahnen hat den weiteren Vorteil, dass auch bei kleinen zur Verfügung stehenden Anbindungsflächen des Strukturbauteils, die beispielsweise für eine Verklebung zu wenig Fläche bieten, eine feste Verbindung realisiert werden kann. In one embodiment of the Anbindefortsätze as welding ßanschlussfah- NEN can be exploited beyond the special advantage that during welding of the fiber-plastic composite of the fiber composite hybrid component is not heated to the extent that this would be destroyed or damaged, since usually the heat absorption of a metallic Structural component to which the welding terminal lugs are welded, due to the larger material cross-section and the associated greater mass is higher than the heat absorption of the metallic connecting element. Therefore, the heat introduced during welding is thus largely dissipated into the structural component. Furthermore, only a small heat input is necessary for welding due to the very short-term heating and the low thermal mass of the welding terminal lugs. The formation of the Anbindefortsätze as welding terminal lugs has the further advantage that even with small available attachment surfaces of the structural component, for example, provide for a bond too little area, a firm connection can be realized.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Faserverbundhybridbauteil in einem dem ersten Bereich des Verbindungselements benachbarten Bereich wellenförmig ausgebildet, wobei die Wellen vorzugsweise zumindest ab- schnittsweise parallel zu einer Längserstreckung des ersten Teilbereichs des Verbindungselements gerichtet sind. Dabei ist vorgesehen, dass der wellenförmig ausgebildete Bereich insbesondere in einer Richtung, die einer Auszugsrichtung des Verbindungselementes aus seiner Einbettungsanordnung entspricht, benachbart zu dem eingebetteten ersten Teil- bereich desselben angeordnet ist. Ist beispielsweise das Verbindungselement als Drahtbügel ausgebildet, an dem eine Zugbelastung in einer zum ersten Teilbereich senkrechten Richtung erfolgt, so verlaufen die Wellen in dem dem ersten Teilbereich des Drahtbügels in Richtung der Zugbelastung benachbarten Bereich des Faser-Kunststoff-Verbunds und dort zumindest abschnittsweise parallel zur Längsrichtung des ersten Teilbereichs des Drahts. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Wellen, d.h. eine Mehrzahl von Wellenbergen und Wellentälern, vorgesehen, es kann aber auch beispielsweise eine einzige Welle mit einem einzigen Wellenberg oder einem einzigen Wellental ausreichend sein. Durch diese Maßnahme ist gerade in den wellenförmig ausgebildeten Bereich eine besonders innige Verbindung zwischen den Gewebelagen gegeben, so dass durch eine solche Maßnahme die Ausreißfestigkeit des Verbindungselementes nochmals gesteigert werden kann. According to a further development, the fiber composite hybrid component is designed to be wavy in a region adjacent to the first region of the connecting element, the waves preferably being directed at least in sections parallel to a longitudinal extension of the first subregion of the connecting element. In this case, it is provided that the wave-shaped region is arranged adjacent to the embedded first subregion thereof, in particular in a direction which corresponds to an extension direction of the connecting element from its embedding arrangement. If, for example, the connecting element is designed as a wire bow on which a tensile load takes place in a direction perpendicular to the first partial region, the waves run in the region of the fiber-plastic composite adjacent to the first subregion of the wire hoop in the direction of the tensile load, and there at least in sections parallel to the longitudinal direction of the first subregion of the wire. Preferably a plurality of waves, ie a plurality of wave crests and troughs, are provided, but it may also be sufficient, for example, a single wave with a single wave crest or a single wave trough. By this measure, a particularly intimate connection between the fabric layers is given just in the corrugated area, so that the tear resistance of the connecting element can be further increased by such a measure.
Die oben genannte verfahrensbezogene Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundhybridbauteils gelöst, bei dem mindes- tens ein Organoblech bereitgestellt wird, das mindestens eine vorzugsweise gewebte Faserschicht in einer Kunststoffmatrix enthält. Das mindestens eine Organoblech kann selbst mehrere Schichten von Verstärkungsfasern, etwa mehrere Gewebelagen, aufweisen. Das mindestens eine Organoblech wird so gelegt, dass zwei Bereiche des Organoblechs einander überlappen, etwa indem ein Bereich des Organoblechs über den anderen geklappt wird; es können auch mehrere separate Organobleche, die jeweils mindestens eine Schicht von in einer Kunststoffmatrix aufgenommenen Verstärkungsfasern enthalten, angeordnet werden und einander überlappen. The above-mentioned method-related object is achieved by a method for producing a fiber composite hybrid component in which at least one organic sheet is provided which contains at least one preferably woven fiber layer in a plastic matrix. The at least one organic sheet may itself have multiple layers of reinforcing fibers, such as multiple layers of fabric. The at least one organic sheet is laid so that two areas of the organic sheet overlap one another, for example, by folding one area of the organic sheet over the other; It is also possible for a plurality of separate organic sheets each containing at least one layer of reinforcing fibers received in a plastic matrix to be arranged and overlapping one another.
Die mehreren Organobleche bzw. Organoblechbereiche werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Presswerkzeug einer Presse eingelegt. Mindestens ein metallisches Verbindungselement wird zwischen den mindestens zwei Organoblechen bzw. Organoblechbereichen ange- ordnet, so dass mindestens ein erster Teilbereich des Verbindungselements in einem Zwischenraum zwischen den beiden Organoblechen bzw. -bereichen angeordnet ist und mindestens ein zweiter Teilbereich des Verbindungselements, der als Anbindefortsatz zum Anbinden an ein metallisches Strukturbauteil ausgebildet ist, aus dem Zwischenraum heraus- ragt. Das metallische Verbindungselement ist derart ausgebildet, dass eine formschlüssige Einbettung des ersten Teilbereichs in die beiden Organobleche bzw. -bereiche durch Schließen des Zwischenraums durch Betä- tigen des Presswerkzeugs möglich ist. The plurality of organic sheets or organic sheet areas are inserted according to the inventive method in a pressing tool of a press. At least one metallic connecting element is arranged between the at least two organic sheets or organic sheet areas, so that at least a first partial area of the connecting element is arranged in a space between the two organic sheets or areas and at least one second partial area of the connecting element, which serves as attachment to the Tying on a metallic structural component is formed, protrudes from the intermediate space. The metallic connecting element is designed such that a positive embedding of the first portion in the two organic sheets or areas by closing the gap by Betä- term of the pressing tool is possible.
Die mindestens zwei Organobleche bzw. -bereiche werden erfindungsgemäß auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der Kunststoffmat- rix erwärmt und in dem Presswerkzeug in eine gewünschte Form ge- presst. Hierdurch werden auch die mindestens zwei Organobleche bzw. - bereiche miteinander verpresst. Dieser Vorgang kann einschrittig durchgeführt werden. Beim Verpressen wird der erste Teilbereich des Verbindungselements formschlüssig zwischen die beiden Organobleche bzw. - bereiche, insbesondere zwischen zwei Faserschichten, eingebettet. Der zweite Teilbereich und damit der mindestens eine Anbindefortsatz ragt nach dem Verpressen aus dem Verbund der beiden Organobleche bzw. - bereiche heraus. Der Verbund aus den beiden Organoblechen bzw. Organoblechbereichen und dem mindestens einem Verbindungselement wird somit in einem Schritt mit dem Formen und Verpressen der Organobleche bzw. -bereiche erzeugt. Hierdurch wird nicht nur eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht, es kann durch das Verpressen auch eine besonders sichere Verbindung zwischen dem ersten Teilbereich des Verbindungselements und den diesen umgebenden Fasern erreicht werden, so dass das Verbindungselement besonders sicher mit dem Faser- Kunststoff-Verbund des Faserverbundhybridbauteils verbunden ist. Das auf diese Weise hergestellte Faserverbundhybridbauteil ermöglicht eine kostengünstige und sichere Verbindung mit einem metallischen Strukturbauteil. In besonderer Weise werden bei diesem Verfahren die formbaren Eigenschaften von Organoblechen genutzt, insbesondere auch, falls gewünscht, um die vorbeschriebenen wellenförmig strukturierten Bereiche zu erstellen. Vor dem Hintergrund, dass die Verbindungselemente bereits während des formgebenden Prozesses des Organobleches bzw. der Or- ganoblechbereiche mit eingearbeitet werden, sind für die Einbindung der Verbindungselemente keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich. According to the invention, the at least two organic sheets or areas are heated to a temperature above the melting point of the plastic matrix and pressed into a desired shape in the pressing tool. As a result, the at least two organic sheets or areas are pressed together. This process can be carried out in one step. During pressing, the first subregion of the connecting element is embedded in a form-fitting manner between the two organic sheets or areas, in particular between two fiber layers. The second subarea, and thus the at least one attachment extension projects out of the composite of the two organic sheets or areas after pressing. The composite of the two organic sheets or organic sheet areas and the at least one connecting element is thus produced in one step with the shaping and pressing of the organo sheets or areas. This not only a particularly simple and inexpensive production is possible, it can be achieved by pressing a particularly secure connection between the first portion of the connecting element and the surrounding fibers, so that the connecting element particularly safe with the fiber-plastic composite of Composite fiber hybrid component is connected. The composite fiber hybrid component produced in this way enables a cost-effective and secure connection to a metallic structural component. In a particular way, the moldable properties of organo sheets are used in this method, in particular, if desired, to create the above wavy structured areas. Against the background that the connecting elements are already incorporated during the shaping process of the organic sheet or the organic sheet areas, no additional process steps are required for the integration of the connecting elements.
Insbesondere kann ein oben beschriebenes Faserverbundhybridbauteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. In particular, a fiber composite hybrid component described above can be produced by the method according to the invention.
In besonders vorteilhafter Weise kann ein Verbund aus mindestens zwei einander überlappenden Organoblechen bzw. Organoblechbereichen mit mindestens einer GMT- Matte gebildet werden, wobei die Kunststoffmatrix der GMT-Matte die gleiche wie die des bzw. der Organobleche ist. Beim Einlegen in das Presswerkzeug wird die GMT-Matte zwischen den Orga- noblechen bzw. Organoblechbereichen eingebettet; im Übrigen verläuft das Verfahren wie oben beschrieben. Ein derartiger Organoblech-GMT- Organoblech-Verbund ermöglicht einen noch besseren Formschluss und eine noch sicherere Verbindung mit dem Verbindungselement und daher mit dem Strukturbauteil. In a particularly advantageous manner, a composite of at least two are formed with at least one GMT mat, wherein the plastic matrix of the GMT mat is the same as that of the or the Organobleche. When inserting into the pressing tool, the GMT mat is embedded between the organ beads or organic sheet areas; Incidentally, the method proceeds as described above. Such an organic sheet GMT organo-sheet composite allows an even better form-fitting and an even more secure connection with the connecting element and therefore with the structural component.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen: Fig. 1 : Einen Ausschnitt aus einem Faserverbundhybridbauteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the following description of two embodiments with reference to the accompanying figures. 1 shows a detail of a fiber composite hybrid component according to a first exemplary embodiment of the invention,
Fig. 2: einen mikroskopischen Teilschnitt des Faserverbundhybridbauteils gemäß Figur 1 in der Ebene A-B, 2 shows a microscopic partial section of the fiber composite hybrid component according to FIG. 1 in the plane A-B, FIG.
Fig. 3: einen Drahtbügel zur Anbindung eines Faserverbundhybridbauteils an ein Strukturbauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 4: die Anbindung eines Faserverbundhybridbauteils an ein Strukturbauteil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 shows a wire hanger for connecting a fiber composite hybrid component to a structural component according to a second exemplary embodiment of the invention; FIG. 4 shows the connection of a fiber composite hybrid component to a structural component according to the second exemplary embodiment;
Fig. 5: einen mikroskopischen Teilschnitt eines Faserverbundhybridbauteils mit einem Organoblech-GMT-Organoblech-Verbund und 5 shows a partial microscopic section of a composite fiber hybrid component with an organic sheet-GMT organo-sheet composite and
Fig. 6: ein metallisches Strukturbauteil mit einstückig mit diesem ausgebildeten Verbindungselementen. 6 shows a metallic structural component with connecting elements formed integrally therewith.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einem Faserverbundhybridbauteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Draufsicht dargestellt. Das Faserverbundhybridbauteil 1 umfasst einen Faser-Kunststoff-Verbund 2 sowie einen mit diesem verbundenen Drahtbügel 3. Der Faser- Kunststoff-Verbund 2 besteht aus einer Mehrzahl von miteinander ver- pressten Organoblechen bzw. übereinander gelegten Bereichen eines Or- ganoblechs, wobei jedes Organoblech mindestens eine Gewebelage aus Verstärkungsfasern aufweist, und einer diese umgebenden Kunststoffmat- rix. Die Kunststoffmatrix stützt die Verstärkungsfasern und schützt diese gegen Beschädigung von außen. Der Faser-Kunststoff-Verbund 2 kann auch eine oder mehrere GMT-Matten umfassen. Vor dem Verpressen der Gewebelagen bzw. der faserverstärkten Matten ist zwischen diese der Drahtbügel 3 eingelegt worden. Ein erster Teilbereich des Drahtbügels 3 ist in den Faser-Kunststoff- Verbund 2 eingebettet (Einbettungsbereich 4); in diesem Bereich sind die oberen Gewebelagen mit der sie umgebenden Matrix in Form eines Wulstes 5 über den Drahtbügel 3 aufgewölbt. Der Drahtbügel 3 weist einen zweiten und einen dritten Teilbereich auf, die als Anbindefortsätze 6, 6' ausgebildet sind und aus dem Faser- Kunststoff - Verbund 2 des Faserverbundhybridbauteils 1 herausragen. Das Faserverbundhybridbauteil 1 kann mit den Anbindefortsätzen 6, 6' an ein insbesondere metallisches Strukturelement angebunden werden. 1 shows a detail of a fiber composite hybrid component according to a first embodiment of the invention is shown in plan view. The fiber composite hybrid component 1 comprises a fiber-plastic composite 2 and a wire hanger 3 connected thereto. Plastic composite 2 consists of a plurality of pressed together organic sheets or superimposed areas of an organo-sheet, each organo-sheet having at least one fabric layer of reinforcing fibers, and a surrounding plastic matrix. The plastic matrix supports the reinforcing fibers and protects them against external damage. The fiber-plastic composite 2 may also comprise one or more GMT mats. Before pressing the fabric layers or the fiber-reinforced mats the wire bracket 3 has been inserted between them. A first portion of the wire bracket 3 is embedded in the fiber-plastic composite 2 (embedding area 4); In this area, the upper fabric layers with the surrounding matrix in the form of a bead 5 are arched over the wire bracket 3. The wire bow 3 has a second and a third portion, which are formed as Anbindefortsätze 6, 6 'and protrude from the fiber-plastic composite 2 of the fiber composite hybrid component 1. The composite fiber hybrid component 1 can be connected to the attachment extensions 6, 6 'to a particular metallic structural element.
Der Drahtbügel 3 ist mit seinem Einbettungsbereich 4 fest in den Faser- Kunststoff-Verbund 2 eingebettet und in diesem, wie aus der Figur 1 erkennbar, in Auszugsrichtung formschlüssig gehalten. Kräfte, die von einem mit den Anbindefortsätzen 6, 6' verbundenen, in Figur 1 nicht dargestellten Strukturbauteil, an das das Faserverbundhybridbauteil 1 angeschweißt ist, auf das Faserverbundhybridbauteil 1 ausgeübt werden, wer- den über die Anbindefortsätze 6, 6' und den Einbettungsbereich 4 des Drahtbügels 3 in den Faser-Kunststoff-Verbund 2 des Faserverbundhybridbauteils 1 eingeleitet oder umgekehrt. Durch die U-förmige Ausbildung des Drahtbügels 3 und den Einschluss von Bereichen der Schenkel in den Faser-Kunststoff-Verbund 2 wird der Drahtbügel 3 auch gegen seitliche Kräfte fest in diesem gehalten. The wire bracket 3 is embedded with its embedding 4 fixed in the fiber-plastic composite 2 and held in this form-fitting, as seen in Figure 1, in the extension direction. Forces which are exerted on the fiber composite hybrid component 1 by a structural component (not shown in FIG. 1) connected to the attachment extensions 6, 6 ', to which the hybrid fiber hybrid component 1 is welded, are transmitted via the attachment extensions 6, 6' and the embedding region 4 of the wire hanger 3 introduced into the fiber-plastic composite 2 of the fiber composite hybrid component 1 or vice versa. Due to the U-shaped design of the wire bracket 3 and the inclusion of areas of the legs in the fiber-plastic composite 2 of the wire bracket 3 is held firmly against lateral forces in this.
Um die Übertragung besonders hoher Kräfte zu ermöglichen, ohne dass der Drahtbügel 3 aus dem Faser-Kunststoff-Verbund 2 ausreißt, ist ein besonders guter Stoff- und Formschluss notwendig. Dazu wird vorge- schlagen, den dem Einbettungsbereich 4 des Drahtbügels 3 in einer Auszugsrichtung, die im dargestellten Beispiel im Wesentlichen nach unten gerichtet ist, benachbarten Teilbereich des Faser-Kunststoff-Verbunds 2 als Wellenbereich 7 auszubilden. Der Wellenbereich 7 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Wellen 8, 8' auf, deren Kämme bzw. Täler parallel zum mittleren Teil des Drahtbügels 3 verlaufen. Auf der in Figur 1 nicht erkennbaren Rückseite des Faserverbundhybridbauteils 1 entspricht ei- nem vorderseitigen Wellenkamm ein Wellental und umgekehrt. Durch die wellenförmige Gestaltung des dem Einbettungsbereich 4 benachbarten Bereichs wird eine formschlüssige Verbindung zwischen den Verstärkungsfasern geschaffen bzw. verbessert. Hierdurch wird die Ausreißsicherheit gegen ein Ausreißen des Drahtbügels 3 in der senkrecht zu den Wellen 8, 8' stehenden Richtung weiter erhöht. In order to enable the transmission of particularly high forces, without the wire bracket 3 rips out of the fiber-plastic composite 2, a particularly good material and form fit is necessary. For this purpose, it is proposed that the partial area of the fiber-plastic composite 2 adjacent to the embedding area 4 of the wire clip 3 in a pull-out direction, which in the example shown is directed essentially downwards form as a wave region 7. The shaft region 7, in the exemplary embodiment shown, has two shafts 8, 8 'whose ridges or valleys run parallel to the middle part of the wire bow 3. On the rear side of the fiber composite hybrid component 1, which is not visible in FIG. 1, a wave trough corresponds to a front wave crest and vice versa. The wave-shaped design of the region adjacent to the embedding region 4 creates or improves a positive connection between the reinforcing fibers. As a result, the Ausreißsicherheit against tearing of the wire clip 3 in the direction perpendicular to the waves 8, 8 'direction is further increased.
In Figur 2 ist ein mikroskopischer Teilschnitt in der Ebene A-B durch das Faserverbundhybridbauteil 1 im Bereich des in Figur 1 dargestellten Wulstes 5 gezeigt, wobei die Schnittebene senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 steht. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, verlaufen einige Verstärkungsfasern 9 oberhalb des metallischen Verbindungselements 10 des Drahtbügels 3, während weitere Verstärkungsfasern 9' unterhalb des Verbindungselements 10 verlaufen. Die unterhalb des Verbindungselements 10 angeordneten Verstärkungsfasern 9' verlaufen weitgehend flach, wo- hingegen die oberhalb des Verbindungselements 10 verlaufenden Verstärkungsfasern 9 um das Verbindungselement 10 herum gelegt sind. Hierdurch ist das Verbindungselement 10 formschlüssig zwischen die Verstärkungsfasern 9, 9' eingebettet. Zwischen den Verstärkungsfasern 9, 9' ist die Kunststoffmatrix 1 1 zu erkennen. Durch Verpressen ist hierbei eine enge Verbindung zwischen den durch die Verstärkungsfasern 9, 9' gebildeten Faserschichten bewirkt worden. Ein teilweiser unvollständiger Ein- schluss des Verbindungselements 10, wie dies in Figur 2 an dem Hohlraum 12 zu erkennen ist, ist für die feste Verbindung des Verbindungselements mit dem Faser-Kunststoff-Verbund nicht schädlich. Der Hohl- räum 12 kann durch ein entsprechendes Kalibrieren der Presse verringert oder nahezu vollständig vermieden werden. Bei einem Organoblech-GMT- Organoblech-Verbund kann der Formschluss weiter verbessert werden (s. Figur 5). Das metallische Verbindungselement 10 ist in dem in Figur 2 gezeigten Beispiel asymmetrisch zwischen den Verstärkungsfasern 9, 9' ein- gebettet, kann aber auch symmetrisch zwischen den Verstärkungsfasern 9, 9' angeordnet sein. Die in Figur 1 gezeigten Wellen 8, 8' sind in Figur 2 nicht dargestellt. In Figur 3 ist ein Drahtbügel 13 zur Anbindung eines Faserverbundhybridbauteils an ein Strukturbauteil 14 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, ist der Draht- bügel 13 zur Anbindung an das Strukturbauteil 14 an dessen Oberflächenform angepasst. Der Drahtbügel 13 weist einen ersten Teilbereich auf, der als U-förmiger Einbettungsbereich 15 ausgebildet ist, einen zweiten Teilbereich, der als Anbindefortsatz 1 6 ausgebildet ist, sowie weitere Teilbereiche, die als anliegender Abstützbereich 17, als weiterer U-förmiger Ein- bettungsbereich 18 und als weiterer Anbindefortsatz 19 ausgebildet sind. Die Anbindefortsätze 1 6, 19, die als Schweißanschlussfahnen ausgebildet sind, können durch Schweißen fest mit dem Strukturbauteil 14 verbunden werden. Ist das Strukturbauteil 14 aus Stahl ausgeführt, so besteht auch der Drahtbügel 13 vorzugsweise aus Stahl. Der Abstützbereich 17 kann ebenfalls mit dem Strukturbauteil 14 verbunden werden, dies ist je nach Art und Richtung der auf den Drahtbügel 13 wirkenden Last jedoch nicht unbedingt erforderlich. FIG. 2 shows a microscopic partial section in the plane AB through the fiber composite hybrid component 1 in the region of the bead 5 shown in FIG. 1, the sectional plane being perpendicular to the plane of the drawing of FIG. As can be seen in FIG. 2, some reinforcing fibers 9 extend above the metallic connecting element 10 of the wire clip 3, while further reinforcing fibers 9 'extend below the connecting element 10. The reinforcing fibers 9 'arranged below the connecting element 10 run largely flat, whereas the reinforcing fibers 9 running above the connecting element 10 are placed around the connecting element 10. As a result, the connecting element 10 is positively embedded between the reinforcing fibers 9, 9 '. Between the reinforcing fibers 9, 9 ', the plastic matrix 1 1 can be seen. By pressing a close connection between the fiber layers formed by the reinforcing fibers 9, 9 'has been effected. A partial incomplete inclusion of the connecting element 10, as can be seen on the cavity 12 in FIG. 2, is not detrimental to the firm connection of the connecting element to the fiber-plastic composite. The hollow space 12 can be reduced or almost completely avoided by a corresponding calibration of the press. In the case of an organic sheet-GMT organic sheet composite, the positive connection can be further improved (see FIG. 5). The metallic connecting element 10 is embedded in the example shown in FIG. 2 asymmetrically between the reinforcing fibers 9, 9 ', but may also be arranged symmetrically between the reinforcing fibers 9, 9'. The shafts 8, 8 'shown in FIG. 1 are not shown in FIG. FIG. 3 shows a wire bow 13 for connecting a fiber composite hybrid component to a structural component 14 according to a further exemplary embodiment of the invention. As can be seen in FIG. 3, the wire bracket 13 is adapted to its surface shape for connection to the structural component 14. The wire bow 13 has a first portion which is formed as a U-shaped embedding region 15, a second portion which is formed as Anbindefortsatz 1 6, and other sub-areas, the abutment as support area 17, as another U-shaped embedding area 18 and formed as a further Anbindefortsatz 19. The Anbindefortsätze 1 6, 19, which are formed as a welding terminal lugs can be firmly connected by welding to the structural component 14. If the structural component 14 is made of steel, the wire bow 13 is preferably made of steel. The support portion 17 may also be connected to the structural member 14, but this is not necessarily required depending on the type and direction of the load acting on the wire bracket 13 load.
Wie in Figur 4 gezeigt, ist der Drahtbügel 13 mit seinen U-förmigen Einbet- tungsbereichen 15, 18 in den Faser-Kunststoff-Verbund 20 des Faserverbundhybridbauteils 21 ähnlich wie zu Figur 2 erläutert eingebettet. Die Anbindefortsätze 1 6, 19 sowie der Abstützbereich 17 ragen aus dem Faser- Kunststoff-Verbund 20 heraus. Durch Verschweißen der als Schweißanschlussfahnen ausgebildeten Anbindefortsätze 1 6, 19 mit dem Struktur- bauteil 14 kann eine leichte und dennoch hoch belastbare Struktur aus dem Strukturbauteil 14 und dem Faserverbundhybridbauteil 21 geschaffen werden. As shown in FIG. 4, the wire bracket 13 with its U-shaped embedding areas 15, 18 is embedded in the fiber-plastic composite 20 of the fiber composite hybrid component 21 in a manner similar to that shown in FIG. The Anbindefortsätze 1 6, 19 and the support portion 17 protrude from the fiber-plastic composite 20 out. By welding the Anbindefortsätze 1 6, 19 formed as a welding terminal lugs with the structural component 14, a lightweight yet highly resilient structure of the structural component 14 and the fiber composite hybrid component 21 can be created.
Figur 5 ist beispielhaft ein mikroskopischer Teilschnitt eines Faserver- bundhybridbauteils mit einem Organoblech-GMT-Organoblech-Verbund gezeigt. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, kann durch die Einbettung einer GMT-Matte zwischen zwei Organobleche oder zwei übereinander gelegte Bereiche eines Organoblechs mit ein Gewebe bildenden Verstärkungsfasern 9, 9' das Entstehen von Hohlräumen weitestgehend vermieden wer- den. Das GMT-Material ist in Figur 5 mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet. Im Übrigen gelten die zu Figur 2 gegebenen Erläuterungen. In Figur 6 ist ein metallisches Strukturbauteil 23 mit einstückig mit diesem ausgebildeten Verbindungselementen 24 gezeigt. Bei einem solchen Strukturbauteil 23 ist es nicht notwendig, ein metallisches Verbindungselement zunächst in ein Faserverbundhybridbauteil einzubetten und die- ses sodann stoffschlüssig an ein weiteres Strukturelement anzubinden. Stattdessen werden die einstückig mit dem Strukturbauteil 23 ausgebildeten Verbindungselemente 24 mit Faserverbundmatten, insbesondere einem oder mehreren Organoblechen bzw. Organoblechbereichen und/oder GMT- Matten, umpresst. FIG. 5 shows, by way of example, a microscopic partial section of a fiber composite hybrid component with an organic sheet-GMT-organo-sheet composite. As can be seen in FIG. 5, the embedding of a GMT mat between two organic sheets or two superimposed regions of an organic sheet with reinforcing fibers 9, 9 'forming a fabric can largely avoid the formation of voids. The GMT material is designated by reference numeral 22 in FIG. Otherwise, the explanations given for FIG. 2 apply. FIG. 6 shows a metallic structural component 23 with connecting elements 24 formed integrally therewith. In the case of such a structural component 23, it is not necessary first to embed a metallic connecting element in a hybrid fiber composite component and then to bind it in a materially bonded manner to another structural element. Instead, the integrally formed with the structural component 23 connecting elements 24 with fiber composite mats, in particular one or more organo sheets or Organoblechbereichen and / or GMT mats, pressed.
Ein erfindungsgemäßes Faserverbundhybridbauteil ist beispielsweise geeignet, um Halter und Stützen, etwa eine Tunnelstrebe, an einen Cross- Car-Beam anzubinden, es lässt sich hierdurch aber auch eine Vielzahl weiterer Anbindungen insbesondere im Bereich des Karosseriebaus reali- sieren. Das Problem der hohen Verbindungskosten bei Hybridstrukturen im Leichtbau wird durch die erfindungsgemäße Lösung beseitig, indem beispielsweise durch Schweißen kostengünstige Hybridstrukturen hergestellt werden können. Insbesondere ist dabei auch der Vorteil erzielbar, dass kein Aufschmelzen in einem Übergangsbereich des Faserverbund- hybridbauteils während des Schweißvorgangs erfolgt. An inventive hybrid fiber composite component is suitable, for example, for connecting holders and supports, for example a tunnel brace, to a cross-car-beam, but this also makes it possible to realize a large number of further connections, in particular in the area of bodywork. The problem of high connection costs in hybrid structures in lightweight construction is eliminated by the solution according to the invention, in that, for example, inexpensive hybrid structures can be produced by welding. In particular, the advantage can also be achieved that no melting takes place in a transition region of the fiber composite hybrid component during the welding process.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung verwirklichen zu können, welche Ausgestaltungen ebenfalls zum Offenbarungsgehalt dieser Ausführungen zählen, ohne dass diese explizit beschrieben werden müssten. The invention has been described with reference to embodiments. Without departing from the scope of the applicable claims, numerous further embodiments for a person skilled in the art will be able to realize the invention, which embodiments also belong to the disclosure content of these embodiments, without these having to be explicitly described.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Faserverbundhybridbauteil 1 fiber composite hybrid component
2 Faser-Kunststoff- Verbund  2 fiber-plastic composite
3 Drahtbügel  3 wire hanger
4 Einbettungsbereich  4 embedding area
5 Wulst 5 bead
, 6' Anbindefortsatz , 6 'attachment extension
7 Wellenbereich 7 wave range
, 8' Welle, 8 'wave
, 9' Verstärkungsfaser , 9 'reinforcing fiber
10 Verbindungselement  10 connecting element
1 1 Kunststoffmatrix  1 1 plastic matrix
12 Hohlraum  12 cavity
13 Drahtbügel  13 wire hanger
14 Strukturbauteil  14 Structural component
15 Einbettungsbereich  15 embedding area
1 6 Anbindefortsatz  1 6 attachment extension
17 Abstützbereich  17 support area
18 Einbettungsbereich  18 embedding area
19 Anbindefortsatz  19 attachment extension
20 Faser-Kunststoff-Verbund  20 fiber-plastic composite
21 Faserverbundhybridbauteil  21 fiber composite hybrid component
22 GMT-Material  22 GMT material
23 Strukturbauteil  23 Structural component
24 Verbindungselement  24 connecting element

Claims

Patentansprüche  claims
Faserverbundhybridbauteil mit in einer Kunststoffmatrix (1 1 ) aufgenommenen Verstärkungsfasern (9, 9') und mit mindestens einem metallischen Verbindungselement (10, 24), dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundhybridbauteil (1 ) eine Mehrzahl von Schichten von Verstärkungsfasern (9, 9') umfasst, dass zumindest ein erster Teilbereich des mindestens einen metallischen Verbindungselements (10, 24) formschlüssig zwischen mindestens zwei Schichten von Verstärkungsfasern (9, 9') eingebettet ist und dass mindestens ein weiterer Teilbereich des metallischen Verbindungselements (10, 24) als Anbindefortsatz (6, 6', 16, 19) aus dem Bereich der Verstärkungsfasern (9, 9') heraus ragt. Composite fiber hybrid component having reinforcing fibers (9, 9 ') accommodated in a plastic matrix (1 1) and at least one metallic connecting element (10, 24), characterized in that the composite fiber hybrid component (1) comprises a plurality of layers of reinforcing fibers (9, 9') in that at least a first subregion of the at least one metallic connecting element (10, 24) is embedded in a form-fitting manner between at least two layers of reinforcing fibers (9, 9 ') and in that at least one further subregion of the metallic connecting element (10, 24) serves as the attachment extension (6 , 6 ', 16, 19) protrudes out of the region of the reinforcing fibers (9, 9').
Faserverbundhybridbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich des mindestens einen metallischen Verbindungselements (10, 24) mittig oder zumindest weitestgehend mittig zwischen die mindestens zwei Schichten von Verstärkungsfasern (9, 9') eingebettet ist. A composite fiber hybrid component according to claim 1, characterized in that the first subregion of the at least one metallic connecting element (10, 24) is embedded centrally or at least largely centrally between the at least two layers of reinforcing fibers (9, 9 ').
Faserverbundhybridbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer Seite des ersten Teilbereichs des mindestens einen metallischen Verbindungselements (10, 24) verlaufende mindestens eine Schicht von Verstärkungsfasern (9') im Wesentlichen flach und die auf der anderen Seite verlaufende mindestens eine Schicht von Verstärkungsfasern (9) aufgewölbt ausgebildet ist. Hybrid composite fiber component according to claim 1 or 2, characterized in that on one side of the first portion of the at least one metallic connecting element (10, 24) extending at least one layer of reinforcing fibers (9 ') substantially flat and extending on the other side at least one Layer of reinforcing fibers (9) is formed bulging.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Schichten von Verstärkungsfasern (9, 9') miteinander verpresst sind. Composite fiber hybrid component according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plurality of layers of reinforcing fibers (9, 9 ') are pressed together.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden An¬
Figure imgf000018_0001
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht von Verstärkungsfasern (9, 9') zu einem Gewebe verarbeitet sind. Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht von Verstärkungsfasern (9, 9') ein Vlies bilden.
Composite fiber hybrid component according to one of the preceding An¬
Figure imgf000018_0001
Claims, characterized in that at least one layer of reinforcing fibers (9, 9 ') are processed into a fabric. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that at least one layer of reinforcing fibers (9, 9 ') form a nonwoven.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine metallische Verbindungselement (10, 24) in einen Organoblech-GMT- Organoblech-Verbund eingebettet ist. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallic connecting element (10, 24) is embedded in an organo-sheet GMT organo-sheet composite.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine metallische Verbindungselement (10, 24) zumindest teilweise aus Stahl besteht. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallic connecting element (10, 24) consists at least partially of steel.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine metallische Verbindungselement (24) einstückig mit einem Strukturbauteil (23) ausgebildet ist. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallic connecting element (24) is formed integrally with a structural component (23).
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine metallische Verbindungselement (10) als Drahtbügel (3, 13) mit mindestens einem endseitigen Anbindefortsatz (6, 6', 1 6, 19) ausgebildet ist. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallic connecting element (10) is designed as a wire bow (3, 13) with at least one end attachment attachment (6, 6 ', 16, 19).
Faserverbundhybridbauteil nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtbügel (3) zwei endseitige Anbindefortsätze (6, 6') aufweist und mit einem mittleren Bereich zwischen die Verstärkungsfasern (9, 9') eingebettet ist. Hybrid composite fiber component according to claim 1 1, characterized in that the wire bow (3) has two end-side Anbindefortsätze (6, 6 ') and with a central region between the reinforcing fibers (9, 9') is embedded.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindefortsätze (6, 6', 1 6, 19) als Anschlussfahnen für ein Fügeverfahren ausgebildet sind, insbesondere als Schweißanschlussfahnen. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that the Anbindefortsätze (6, 6 ', 1 6, 19) are designed as terminal lugs for a joining process, in particular as welding terminal lugs.
Faserverbundhybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dem ersten Be- reich des Verbindungselements (10, 24) benachbarten Bereich das Faserverbundhybridbauteil (1 ) wellenförmig geformt ist. Composite fiber hybrid component according to one of the preceding claims, characterized in that in a first Rich of the connecting element (10, 24) adjacent region of the fiber composite hybrid component (1) is wave-shaped.
Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundhybridbauteils, wobeiA method of manufacturing a fiber composite hybrid component, wherein
- mindestens zwei Organobleche oder mindestens ein Orga- noblech mit mindestens zwei Organoblechbereichen bereitgestellt werden bzw. wird, wobei die mindestens zwei Organobleche bzw. Organoblechbereiche jeweils mindestens eine Schicht von in einer Kunststoffmatrix (1 1 ) aufgenommenen Verstärkungsfasern (9, 9') enthalten, at least two organic sheets or at least one organic sheet having at least two organic sheet areas are or will be provided, wherein the at least two organic sheets or organic sheet portions each contain at least one layer of reinforcing fibers (9, 9 ') accommodated in a plastic matrix (11),
- die mindestens zwei Organobleche bzw. Organoblechbereiche in einander überlappender Anordnung in ein Presswerkzeug einer Presse eingelegt werden,  - The at least two organic sheets or Organoblechbereiche be inserted in overlapping arrangement in a press tool of a press,
- mindestens ein metallisches Verbindungselement (10, 24) zwischen den mindestens zwei Organoblechen bzw. Organoblechbereichen angeordnet wird, so dass zumindest ein erster Teilbereich des metallischen Verbindungselements (10, 24) in einem Zwischenraum zwischen den mindestens zwei Organoblechen bzw. Organoblechbereichen angeordnet ist und mindestens ein weiterer Teilbereich des metallischen Verbindungselements (10, 24) als Anbindefortsatz (6, 6', 1 6, 19) aus dem Zwischenraum herausragt, und  - At least one metallic connecting element (10, 24) between the at least two organic sheets or Organoblechbereichen is arranged so that at least a first portion of the metallic connecting element (10, 24) is arranged in a space between the at least two organo sheets or Organoblechbereichen and at least a further portion of the metallic connecting element (10, 24) protrudes as Anbindefortsatz (6, 6 ', 1 6, 19) from the intermediate space, and
- die mindestens zwei Organobleche bzw. Organoblechbereiche erwärmt und in dem Presswerkzeug miteinander verpresst werden,  the at least two organic sheets or organic sheet portions are heated and pressed together in the pressing tool,
- wobei der erste Teilbereich des Verbindungselements (10, 24) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser nach dem Verpressen formschlüssig zwischen die Schichten von Verstärkungsfasern (9, 9') der mindestens zwei Organobleche bzw. Organoblechbereiche eingebettet ist.  - Wherein the first portion of the connecting element (10, 24) is designed and arranged such that this is positively embedded after pressing between the layers of reinforcing fibers (9, 9 ') of at least two organo sheets or Organoblechbereiche.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei beim Einlegen in das Presswerkzeug zwischen den mindestens zwei Organoblechen bzw. Organoblechbereichen zusätzlich eine GMT-Matte angeordnet wird, wobei die GMT-Matte die gleiche Kunststoffmatrix (1 1 ) wie die der mindestens zwei Organobleche bzw. Organoblechbereiche aufweist. The method of claim 14, wherein when inserting into the pressing tool between the at least two organo sheets or Organoblechbereichen additionally a GMT mat is arranged, wherein the GMT mat has the same plastic matrix (1 1) as that of the at least two organo sheets or Organoblechbereiche.
PCT/EP2013/074231 2012-11-26 2013-11-20 Fiber-composite hybrid component, and method for producing a fiber-composite hybrid component WO2014079855A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202012104559.1U DE202012104559U1 (en) 2012-11-26 2012-11-26 Fiber composite hybrid component
DE202012104559.1 2012-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014079855A1 true WO2014079855A1 (en) 2014-05-30

Family

ID=49626950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/074231 WO2014079855A1 (en) 2012-11-26 2013-11-20 Fiber-composite hybrid component, and method for producing a fiber-composite hybrid component

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE202012104559U1 (en)
WO (1) WO2014079855A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015013402A1 (en) * 2015-10-19 2017-04-20 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Process for the production of a fiber-reinforced plastic component prepared for the welding of a metal component and a metallic joining partner for it

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014019024A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 Daimler Ag Hybrid semi-finished product, in particular for a body structure of a motor vehicle
DE102015115162B4 (en) 2015-09-09 2022-10-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hinge for a lid of a motor vehicle
DE102015119437B4 (en) * 2015-11-11 2019-06-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for producing a fiber-reinforced composite component and fiber-reinforced composite component
DE102017221183A1 (en) * 2017-11-27 2019-05-29 Sgl Carbon Se layer composite
DE102018127504A1 (en) 2018-11-05 2020-05-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Connection system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10135847A1 (en) 2001-07-23 2003-02-06 Bayerische Motoren Werke Ag Insert location in a continuous fiber reinforced plastic component involves molding a reinforced plastic sheet directly onto the insert
DE102010034183A1 (en) 2010-08-12 2012-02-16 Edag Gmbh & Co. Kgaa Joining first and second components useful in automotive industry, comprises arranging welding rivets made of steel in first component in region overlapping with second component in openings, and fixing components in welding position
DE102010037800A1 (en) * 2010-09-27 2012-03-29 Lin-Ho Liu Forming method for toilet seat integrally formed with embedded heating wire involves using primarily plastic material or glass fiber reinforced plastic to embed heating wire to integrally form toilet seat with embedded heating wire
DE102011017007A1 (en) * 2011-04-14 2012-10-18 Daimler Ag Method for manufacturing motor car structure components, involves providing fluent state of plastic matrix to mold, impregnating semi-finished fiber material, partial curing of plastic, and demolding of motor car structure component
WO2013083124A2 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Connecting arrangement for connecting a fibre composite component to a second component

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10135847A1 (en) 2001-07-23 2003-02-06 Bayerische Motoren Werke Ag Insert location in a continuous fiber reinforced plastic component involves molding a reinforced plastic sheet directly onto the insert
DE102010034183A1 (en) 2010-08-12 2012-02-16 Edag Gmbh & Co. Kgaa Joining first and second components useful in automotive industry, comprises arranging welding rivets made of steel in first component in region overlapping with second component in openings, and fixing components in welding position
DE102010037800A1 (en) * 2010-09-27 2012-03-29 Lin-Ho Liu Forming method for toilet seat integrally formed with embedded heating wire involves using primarily plastic material or glass fiber reinforced plastic to embed heating wire to integrally form toilet seat with embedded heating wire
DE102011017007A1 (en) * 2011-04-14 2012-10-18 Daimler Ag Method for manufacturing motor car structure components, involves providing fluent state of plastic matrix to mold, impregnating semi-finished fiber material, partial curing of plastic, and demolding of motor car structure component
WO2013083124A2 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Connecting arrangement for connecting a fibre composite component to a second component

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015013402A1 (en) * 2015-10-19 2017-04-20 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Process for the production of a fiber-reinforced plastic component prepared for the welding of a metal component and a metallic joining partner for it

Also Published As

Publication number Publication date
DE202012104559U1 (en) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2509772B1 (en) Method for connecting a fiber composite component to a structural component of an air and spacecraft, and corresponding arrangement
WO2014079855A1 (en) Fiber-composite hybrid component, and method for producing a fiber-composite hybrid component
EP2481569B1 (en) Motor vehicle component and method for manufacturing same
DE102008006411A1 (en) Vehicle spring made of fiber composite material
EP3033218A1 (en) Method for producing a component from organic sheets
EP2780155B1 (en) Method for producing a structural component, device for carrying out the method and structural component
WO2018141982A1 (en) Semifinished product having different properties
DE102013205745A1 (en) Method for producing an assembly and assembly
DE102007023836A1 (en) Method for constructing a hybrid building module has reinforcing fibers running through one section and extending into an adjacent section where they are bonded in place
DE4423739A1 (en) Laminated body made of a glass fiber reinforced, thermoplastic composite material and method for its production
DE102014209276B4 (en) Operating pedal
EP2383170A1 (en) Device for reinforcing hollow profiles or u-shaped profiles and reinforced profile
DE102012201511A1 (en) Plastic component for actuating device of change gear transmission of motor car, has plastic unit that is formed as longitudinal slide valve
EP4055297B1 (en) Bending spring element comprising a fibre reinforced material
EP2468381B1 (en) Filter housing
DE102019206217A1 (en) Suspension arm
DE3741692C2 (en) Process for producing a composite part and composite part
DE102014002131B4 (en) Body component for a motor vehicle and method for producing the body component
DE102013205440A1 (en) Method for producing a fiber composite component with reinforced connection section for local application of force
DE102013005570A1 (en) Method for manufacturing component i.e. front-end carrier, for motor vehicle, involves providing hollow profile made from fiber-reinforced material, and connecting hollow profile with attachment in material-bonding manner
DE102005036249B4 (en) Assembly comprising a plastic part and a sheet metal part connected thereto
DE102011107512A1 (en) Carbon fiber reinforced polymer-structural component comprises a carbon semi-finished fiber hybridized with metal fibers, and a laminate structure comprising base structure layer made of carbon fibers and at least one layer of metal fibers
DE102017129241B4 (en) spring device
EP3310571A1 (en) Composite component for a vehicle, particularly a motor vehicle, and a method for producing a composite component
WO2015110482A1 (en) Arm rest frame, arm rest and method for producing an arm rest frame

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13794886

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13794886

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1