DE10060042A1 - Faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen, wobei Verstärkungsfasern wenigstens ein Metallteil durchdringen und in wenigstens einem Kunststoffteil eingebettet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden faserverstärkten Verbundbauteils. DOLLAR A Aufgabe ist es, ein faserverstärktes Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, wodurch entsprechende Verbundbauteile effektiv herstellbar sind, die an bestimmten Bereichen ihrer Außen- bzw. Mantelflächen mit Metallteilen kombiniert sind, wobei im Verbundbauteil ein direkter und ungestörter Kraftfluß zwischen Kunststoff- und Metallteil (und umgekehrt) ohne zusätzliche Schwachstellen in der Verbindung ermöglicht wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich eines faserverstärkten Verbundbauteils dadurch gelöst, daß die Verstärkungsfasern als Langfasern sowohl im Metallteil als auch im zugeordneten Kunststoffteil eingebettet sind, wobei sie aus den jeweiligen Kontaktflächen von Metallteil bzw. Kunststoffteil, dem jeweils anliegenden Kunststoffteil bzw. Metallteil zugewandt, herausragen. Verfahrensgemäß wird zunächst ein faserverstärktes Metallteil hergestellt, wobei die Verstärkungsfasern als Langfasern im Metallteil derart eingebettet werden, daß sie an wenigstens einer vorgesehenen Kontaktfläche zu einem Kunststoffteil herausragen, und wobei anschließend die herausragenden Verstärkungsfasern in ein unmittelbar am Metallteil ...
Description
Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoff
teilen, wobei Verstärkungsfasern wenigstens ein Metallteil durchdringen und in we
nigstens einem Kunststoffteil eingebettet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines entsprechenden faserverstärkten Verbundbauteils.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von faserverstärkten Ver
bundbauteilen aus Metall- und Kunststoffteilen für den Einsatz an insbesondere
hochbelasteten, z. B. wechselnd mit durch hohe Massenkräfte verursachten Zug-
und Druckspannungen belasteten Bauteilen von Maschinen, Fahrzeugen u. dgl., wo
bei auf ein geringes Gewicht sowie auf eine gute und effektive Formgebung bei funk
tionsgerechter Festigkeit und Steifigkeit der Bauteile besonderer Wert gelegt wird.
Demgemäß ist eine Anwendbarkeit vorrangig, jedoch nicht ausschließlich, im Luft
fahrzeugbau gegeben.
Aus EP 0 204 074 A2 sind eine Verbindung von langfaserverstärkten Kunststoffpro
filen sowie ein entsprechendes Verbindungsverfahren bekannt. Dabei werden die
Enden der Profile mit Flächen unter einem sehr kleinen Winkel zur Längsachse der
Profile versehen, wobei in einer Ausführungsvariante die Fasern über einer be
stimmten Länge von der umgebenden Kunststoffeinbettung befreit werden. Beim an
schließenden Verkleben der Flächen mit Harz sollen die herausragenden Fasern für
einen sicheren Verbund an der Klebestelle sorgen.
Diese bekannte Verbindung ist nicht ohne weiteres auf die Verbindung von faserver
stärkten Metall- und Kunststoffteilen übertragbar, da der Schrift keine demgemäßen
Hinweise entnehmbar sind. Insbesondere ist die Verbindung für die Herstellung von
(dimensionsmäßig relativ begrenzten) Formkörpern aufgrund des großen Platzbe
darfs (Schäftungslänge) der Verbindung nicht geeignet. Ein ungestörter Kraftfluß von
einem zum anderen Verbindungsteil kann aufgrund der im Verbindungsbereich un
terbrochenen Langfasern nicht gewährleistet werden, weil ein Einbetten der heraus
ragenden, stehen gebliebenen Fasern in das anzuklebende Profilstück nicht erfolgt.
Da bei faserverstärkten Verbundbauteilen der größte Anteil der Belastung durch die
Verstärkungsfasern übertragen wird, ist die Belastungsfähigkeit einer derartigen Ver
bindung geringer als die Belastungsfähigkeit jedes einzelnen Verbindungsteils.
Es ist weiterhin bekannt, faserverstärkte Kunststoffteile mit Metallteilen zu kombinie
ren, um die Eigenschaften beider Werkstoffe in optimaler Weise zu ergänzen. So
wird beispielsweise in DE 39 36 999 A1, DE 41 11 286 A1, EP 0 332 069 A2 und
WO 93/22127 A1 die Verbindung einer faserverstärkten Kunststoffwelle mit einer metalli
schen Hülse bzw. einem metallischen Anschlußelement beschrieben. Dabei wird
eine formschlüssige mit einer kraftschlüssigen Verbindung kombiniert, welche natur
gemäß, auch auf Grund entsprechend geschwächter Querschnitte und erforderlicher
Umlenkungen im Kraftfluß, eine Schwachstelle in der Verbindung darstellt. Die Me
tallteile besitzen keine Faserverstärkung.
Aus DE 37 18 676 A1 ist des weiteren ein Formkörper aus einem Verbundwerkstoff
von metall- und faserverstärktem Kunststoff bekannt, wobei eine folien-, schicht- oder
netzartige oder schwammige metallische Seele oder Kern derart in Kunststoff einge
bettet ist, daß die Verstärkungsfasern die metallische Seele/Kern einerseits vielfach
durchdringen, andererseits ohne mechanischen Kontakt zu dieser angeordnet sind.
Dazu ist die metallische Seele mit Öffnungen versehen, durch die die Fasern hin
durch geführt sind. Anschließend wird dieser Vorverbund so in Kunststoff eingebet
tet, daß die Fasern nicht in direkten Kontakt mit der metallischen Seele treten kön
nen.
Diese bekannte Ausführung eines Verbundbauteils in Kern-Mantel-Konfiguration
ermöglicht einerseits, Temperatureinflüsse im Betrieb nicht durch das gut wärmeleit
fähige Metall der Seele zu übertragen. Andererseits soll die Bruch- und Schlagfestig
keit höher als die des nichtmetallischen Materials allein sein. Jedoch gestattet diese
Ausführung nicht die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen, die insbeson
dere an bestimmten Stellen ihrer Außen- bzw. Mantelflächen, vor allem zwecks
Übertragung höherer Kräfte, mit Metallbauteilen kombiniert werden müssen. Weiter
hin ist durch die bewußt berührungsfrei gestaltete Einlage der Verstärkungsfasern in
der metallischen Seele eine ausreichende Kraftübertragung zwischen Metallteil und
Kunststoffteil praktisch nicht möglich. Ein direkter und ungestörter Kraftfluß vom
Kunststoff- in das Metallteil (bzw. umgekehrt, sofern erforderlich) kann nicht gewähr
leistet werden.
In Anbetracht der Nachteile des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunst
stoffteilen, wobei Verstärkungsfasern wenigstens ein Metallteil durchdringen und in
wenigstens einem Kunststoffteil eingebettet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines entsprechenden faserverstärkten Verbundbauteils zu schaffen, wodurch faser
verstärkte Verbundbauteile der eingangs genannten Art effektiv herstellbar sind, die
an bestimmten Bereichen ihrer Außen- bzw. Mantelflächen mit Metallteilen kombi
niert sind, wobei im Verbundbauteil ein direkter und ungestörter Kraftfluß zwischen
Kunststoff- und Metallteil (und umgekehrt) ohne zusätzliche Schwachstellen in der
Verbindung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich eines faserverstärkten Verbund
bauteils dadurch gelöst, daß die Verstärkungsfasern als Langfasern sowohl im Me
tallteil als auch im zugeordneten Kunststoffteil eingebettet sind, wobei sie aus den
jeweiligen Kontaktflächen von Metallteil bzw. Kunststoffteil, dem jeweils anliegenden
Kunststoffteil bzw. Metallteil zugewandt, herausragen.
Weiter erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich eines Verfahrens zur Her
stellung eines faserverstärkten Verbundbauteils dadurch gelöst, daß zunächst ein
faserverstärktes Metallteil hergestellt wird, wobei die Verstärkungsfasern als Langfa
sern im Metallteil derart eingebettet werden, daß sie an wenigstens einer vorgesehe
nen Kontaktfläche zu einem Kunststoffteil herausragen, und daß anschließend die
herausragenden Verstärkungsfasern in ein unmittelbar am Metallteil anliegend her
zustellendes Kunststoffteil eingebaut werden.
Ein derartig erfindungsgemäß hergestelltes faserverstärktes Verbundbauteil ermög
licht eine optimale Ergänzung der Eigenschaften sowohl des Metall- als auch des
Kunststoffteils. Dabei erlaubt der ununterbrochene Verlauf der Verstärkungsfasern im
Metall- wie auch im Kunststoffteil einen direkten und ungestörten Kraftfluß zwischen
beiden Teilen, was sich als besonders vorteilhaft bei mit erheblichen Wechselbela
stungen unterworfenen Verbundbauteilen zeigt. Damit sind die Herstellung und der
Einsatz von mit einer ausgesprochen funktionsgerechten Festigkeit und Steifigkeit
ausgerüsteten Verbundbauteilen möglich. Darüber hinaus gestattet die Erfindung die
Herstellung von faserverstärkten Verbundbauteilen, bei denen eine Ausdehnungs
neutralität im Fügebereich beider Teile unterschiedlichen Matrixwerkstoffes erreich
bar ist.
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Verfahren ermöglicht eine effektive Herstellung
von faserverstärkten Verbundbauteilen der genannten Art, wobei insbesondere eine
vollständige Einbettung und ein nahtloser Verlauf der festigkeits- und steifigkeitsver
mittelnden Fasern durch mindestens zwei zu fügende Bauteile unterschiedlicher Ma
trixbeschaffenheit/Werkstoff gesichert sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbund
bauteils kann dieses verwendungszweckabhängig als Formkörper oder als überwie
gend platten- oder bandförmiges Teil ausgebildet sein. Die Verstärkungsfasern sind
zweckmäßigerweise als einzelne Fasern oder als etwa flächige Fasergebilde aus
entsprechenden Fasern im Metallteil und im Kunststoffteil eingebettet. Dabei kann es
günstig sein, daß die Verstärkungsfasern z. B. mit einem Benetzungsmittel o. dgl.
beschichtet sind. Zweckmäßig werden Verstärkungsfasern aus organischen und/oder
anorganischen Materialien verwendet. Insbesondere kann das Material der Verstär
kungsfasern aus Kohlenstoff, Glas, Mineralwolle, Metall, Keramik und/oder Kunststoff
bestehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung besteht das Kunststoffteil aus thermoplasti
schem oder aus duroplastischem Kunststoff oder aus einem Elastomer. Besonders
vorteilhaft besteht das Metallteil aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium bzw.
einer Aluminiumlegierung, in welches Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff bereits derart eingebettet sind, daß sie an wenigstens einer Kontaktfläche herausragen.
Zwecks gezielter Beeinflussung von Festigkeit und Steife des herzustellenden Ver
bundbauteils sind das Material, die Anzahl, die Dimensionen und die Anordnung der
Verstärkungsfasern im faserverstärkten Verbundbauteil entsprechend dessen Bela
stung bestimmt.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das faser
verstärkte Metallteil im Grundmaterial aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium
bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt, in welches Verstärkungsfasern aus Koh
lenstoff eingebettet sind. Dabei kann zweckmäßig das faserverstärkte Metallteil durch
Niederdruckinfiltration oder durch Spritzpressen hergestellt sein.
Das Kunststoffteil wird vorteilhaft in einem Formwerkzeug gefertigt, wobei wenigstens
ein faserverstärktes Metallteil mit seiner vorgesehenen Kontaktfläche mindestens
einen Teil einer inneren Formwerkzeugfläche bildet. Anschließend werden die aus
dem faserverstärkten Metallteil herausragenden Verstärkungsfasern im Formwerk
zeug fixiert, wonach des weiteren in das verschlossene Formwerkzeug Kunststoff
masse eingebracht und verfestigt wird. Dabei wird das Kunststoffteil aus thermopla
stischem oder aus duroplastischem Kunststoff oder aus einem Elastomer hergestellt.
Das Formwerkzeug kann einer Druck- und/oder Hitzeeinwirkung unterworfen werden.
Zwecks zielgerichteter Beeinflussung von Festigkeit und Steife des herzustellenden
Verbundbauteils werden das Material, die Anzahl, die Dimensionen und die Anord
nung der Verstärkungsfasern im faserverstärkten Verbundbauteil entsprechend des
sen Belastung insbesondere unter Nutzung geeigneter Rechentechnik auf der Basis
modellierter Spannungsfelder vorgegeben.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der
zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Teils einer Strebe als faserverstärktes Verbund
bauteil,
Fig. 2 das in einem ersten Verfahrensschritt hergestellte faserverstärkte Metallteil im
Schnitt.
Als Ausführungsbeispiel für ein faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und
Kunststoffteilen wird im folgenden die Strebe 1 einer Werkzeugmaschine (Hexapod)
beschrieben, welche die Bewegungen im Hochbeschleunigungsbereich von einem
Antrieb zum Werkzeugträger überträgt. Demgemäß wird diese Strebe 1 mit hohen
Zug- und Druckspannungen im Wechsel belastet.
Die Strebe 1 (s. Fig. 1) besteht u. a. aus einem beispielsweise als Lagerauge ausge
bildeten Anschlußbauteil 2 und einem stabförmigen Kunststoffbauteil 3, wobei das
Anschlußbauteil 2 aus carbonfaserverstärktem Aluminium hergestellt ist. Dem ent
sprechend sind Verstärkungsfasern 4 als Langfasern aus Kohlenstoff im Material des
Anschlußbauteils 2 eingebettet.
Das stabförmige Kunststoffbauteil 3 besteht aus einem duroplastischen Werkstoff, in
dem gleichfalls Verstärkungsfasern 4 (als Langfasern) eingebettet sind.
Die Bestimmung der Anzahl, der Dimensionen und der Anordnung der Verstär
kungsfasern 4 in beiden Teilen 2, 3 der Strebe 1 erfolgte auf der Basis der Ermittlung
oder Modellierung der konkreten Belastung der Strebe 1 zwecks Optimierung deren
Belastbarkeit. Insbesondere sind die Verstärkungsfasern 4 ununterbrochen, d. h.
nahtlos sowohl im Anschlußbauteil 2 als auch im Kunststoffbauteil 3 so eingelagert,
daß ein direkter und ungestörter Kraftfluß vom Anschlußbauteil 2 zum Kunststoff
bauteil 3 oder umgekehrt bei Sicherung einer Ausdehnungsneutralität im Fügebe
reich erfolgen kann. Dies wird vornehmlich durch die Wirkung der festigkeits- und
steifigkeitsvermittelnden Verstärkungsfasern 4 gewährleistet, die erfahrungsgemäß
den größten Teil der Belastung übertragen. Sie sind im metallischen Anschlußbauteil
2 bzw. im Kunststoffbauteil 3 so eingebettet, daß sie aus mindestens einer Kontakt
fläche 5 von Anschlußbauteil 2 bzw. Kunststoffbauteil 3 um einen bestimmten Betrag,
dem jeweils anliegenden Kunststoffbauteil 3 bzw. Anschlußbauteil 2 zugewandt, her
ausragen. Unter Kontaktfläche 5 wird dabei der jeweilige Teil der Außen- bzw. Man
telfläche des Kunststoffbauteils 3 verstanden, an dem unmittelbar mindestens eine
Kontaktfläche 5 der Außen- bzw. Mantelflächen des Anschlußbauteils 2 anliegen.
Analoges gilt für das Anschlußbauteil 2. Es liegt auf der Hand, daß aus mindestens
einer, jedoch nicht notwendigerweise aus jeder Kontaktfläche 5 von Kunststoffbauteil
3 bzw. Anschlußbauteil 2 die Verstärkungsfasern 4 herausragen. Dieses ist aus den
Fig. 1 und 2 ersichtlich und ergibt sich aus der zweckmäßigen Gestaltung des Ver
bundbauteils (Strebe 1) und der konkreten Einlagerung der Verstärkungsfasern 4 in
Abhängigkeit von der erforderlichen Festigkeit und Steife.
Die Herstellung der Strebe 1 erfolgt schrittweise, indem zunächst das Anschlußbau
teil 2 aus carbonfaserverstärktem Aluminium gefertigt wird. Für diesen Fertigungs
schritt eignet sich z. B. das Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-
Leichtmetallmatrix-Verbundwerkstoffen nach DD 299 816 A5. Dabei werden die
zweckmäßigerweise beschichteten Verstärkungsfasern 4 als Langfasern derart im
Rohteil des i. d. R. noch weiter zu bearbeitenden metallischen Anschlußbauteils 2
eingebettet, so daß sie aus mindestens einer Kontaktfläche 5 um einen bestimmten
Betrag herausragen (s. Fig. 2). Je nach den konkreten Dimensionen der Teile der
Strebe 1 liegt dieser Betrag in der Größenordnung von 10-50 mm.
Im zweiten Fertigungsschritt wird das Kunststoffbauteil 3 unmittelbar an der Kontakt
fläche 5 bzw. an den Kontaktflächen 5 des Anschlußbauteils 2 anliegend so herge
stellt, daß die aus der oder den Kontaktfläche(n) 5 des Anschlußbauteils 2 herausra
genden Verstärkungsfasern 4 direkt in die Matrix des Kunststoffbauteils 3 eingebaut
werden. Im konkreten Ausführungsbeispiel wird das Kunststoffbauteil 3 in einem
zweiteiligen Formwerkzeug (nicht dargestellt) durch Spritzgießen hergestellt. Dabei
wird das metallische Anschlußbauteil 2 so in das Formwerkzeug eingefügt, daß seine
vorgesehene(n) Kontaktfläche(n) 5 einen Teil der inneren Formwerkzeugfläche bil
den. Anschließend werden die aus dem Anschlußbauteil 2 herausragenden Verstär
kungsfasern 4 auf geeignete Weise im Formwerkzeug in ihrer Lage fixiert. Ggf. wer
den weitere Verstärkungsfasern 4 eingefügt und fixiert. Nach dem Verschluß des
Formwerkzeuges wird duroplastische Kunststoffmasse eingespritzt und unter Druck
und Wärme ausgehärtet. Anschließend erfolgt je nach Verwendungszweck eine Fer
tigbearbeitung der Strebe 1, im Beispiel durch Fräsen und Feinbohren des Lagerau
ges.
Die Erfindung ist nicht durch Einzelheiten des vorstehenden Ausführungsbeispiels
beschränkt. Insbesondere sind verschiedene Werkstoffe sowohl des metallischen
Anschlußbauteils 2 als auch des Kunststoffbauteils 3 sowie der Verstärkungsfasern 4
je nach den konkreten Einsatzbedingungen verwendbar. Dabei ist die Herstellung
von bestimmten Formkörpern sowie auch von überwiegend platten- oder bandförmi
gen Verbundbauteilen, z. B. zum Einsatz bei Verkleidungen, Rumpf und Tragflä
chenbeplankungen im Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeugbau, möglich. Die Verstär
kungsfasern 4 können - wie im Ausführungsbeispiel erläutert - als Einzelfasern oder
als überwiegende flächige Fasergebilde sowohl im Metall- als auch im Kunststoff
bauteil 3 eingebettet sein, wobei auch Kombinationen von Einzelfasern und Faser
gebilden realisierbar sind.
1
Verbundbauteil bzw. Strebe
2
Metallteil bzw. Anschlußbauteil
3
Kunststoffteil bzw. Kunststoffbauteil
4
Verstärkungsfaser
5
Kontaktfläche
Claims (17)
1. Faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen, wobei Ver
stärkungsfasern wenigstens ein Metallteil durchdringen und in wenigstens ei
nem Kunststoffteil eingebettet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern (4) als Langfasern so
wohl im Metallteil (2) als auch im zugeordneten Kunststoffteil (3) eingebettet
sind, wobei sie aus den jeweiligen Kontaktflächen (5) von Metallteil (2) bzw.
Kunststoffteil (3), dem jeweils anliegenden Kunststoffteil (3) bzw. Metallteil (2)
zugewandt, herausragen.
2. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbundbauteil (1) als Formkörper oder als überwiegend platten- oder
bandförmiges Teil ausgebildet ist.
3. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verstärkungsfasern (4) als einzelne Fasern oder als etwa
flächige Fasergebilde aus entsprechenden Fasern im Metallteil (2) und im
Kunststoffteil (3) eingebettet sind.
4. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verstärkungsfasern (4) wahlweise beschichtet sind.
5. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet
durch die Verwendung von Verstärkungsfasern (4) aus organischen und/oder
anorganischen Materialien.
6. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material der Verstärkungsfasern (4) aus Kohlenstoff, Glas, Mineral
wolle, Metall, Keramik und/oder Kunststoff besteht.
7. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Kunststoffteil (3) aus thermoplastischem oder aus duropla
stischem Kunststoff oder aus einem Elastomer besteht.
8. Faserverstärktes Verbundbauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Metallteil (2) aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium
bzw. einer Aluminiumlegierung besteht, in welches Verstärkungsfasern (4) aus
Kohlenstoff bereits derart eingebettet sind, daß sie an wenigstens einer Kon
taktfläche (5) herausragen.
9. Faserverstärktes Verbundbauteil nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, die Anzahl, die Di
mensionen und die Anordnung der Verstärkungsfasern (4) im faserverstärkten
Verbundbauteil (1) entsprechend dessen Belastung bestimmt sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundbauteils aus Metall-
(2) und Kunststoffteilen (3) nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren
der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein faserverstärktes Metallteil (2) her
gestellt wird, wobei die Verstärkungsfasern (4) als Langfasern im Metallteil (2)
derart eingebettet werden, daß sie an wenigstens einer vorgesehenen Kon
taktfläche (5) zu einem Kunststoffteil (3) herausragen, und daß anschließend
die herausragenden Verstärkungsfasern (4) in ein unmittelbar am Metallteil (2)
anliegend herzustellendes Kunststoffteil (3) eingebaut werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das faserver
stärkte Metallteil (2) im Grundmaterial aus Leichtmetall, vorzugsweise aus
Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt wird, in welches Verstär
kungsfasern (4) aus Kohlenstoff eingebettet sind.
12. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das faser
verstärkte Metallteil (2) durch Niederdruckinfiltration hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das faser
verstärkte Metallteil (2) durch Spritzpressen hergestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, 11 und 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kunststoffteil (3) in einem Formwerkzeug hergestellt wird, wobei we
nigstens ein faserverstärktes Metallteil (2) mit seiner vorgesehenen Kontakt
fläche (5) mindestens einen Teil einer inneren Formwerkzeugfläche bildet, daß
anschließend die aus dem faserverstärkten Metallteil (2) herausragenden Ver
stärkungsfasern (4) im Formwerkzeug fixiert werden, und des weiteren in das
verschlossene Formwerkzeug Kunststoffmasse eingebracht und verfestigt
wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil
(3) aus thermoplastischem oder aus duroplastischem Kunststoff oder aus ei
nem Elastomer hergestellt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerk
zeug einer Druck- und/oder Hitzeeinwirkung unterworfen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, die
Anzahl, die Dimensionen und die Anordnung der Verstärkungsfasern (4) im
faserverstärkten Verbundbauteil (1) entsprechend dessen Belastung ausge
wählt werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10060042A DE10060042A1 (de) | 2000-12-02 | 2000-12-02 | Faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen und Verfahren zu dessen Herstellung |
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|---|---|---|---|
| DE10060042A DE10060042A1 (de) | 2000-12-02 | 2000-12-02 | Faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen und Verfahren zu dessen Herstellung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10060042A1 true DE10060042A1 (de) | 2002-06-06 |
Family
ID=7665617
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|---|---|---|---|
| DE10060042A Withdrawn DE10060042A1 (de) | 2000-12-02 | 2000-12-02 | Faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen und Verfahren zu dessen Herstellung |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE10060042A1 (de) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006058377B4 (de) * | 2006-12-08 | 2010-09-16 | Airbus Deutschland Gmbh | Stange zur strukturellen Verstärkung einer Rumpfstruktur eines Flugzeugs |
| DE102010041790A1 (de) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Zf Friedrichshafen Ag | Modulares Leichtbau-Strebenelement |
| US8328138B2 (en) | 2008-05-06 | 2012-12-11 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Supporting strut for supporting an intermediate deck that is arranged in an aircraft fuselage |
| DE102012213663A1 (de) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Zf Friedrichshafen Ag | Getriebeträger |
| DE102012024281B3 (de) * | 2012-12-12 | 2014-04-24 | Daimler Ag | Zug-Druck-Strebe in einer Unterbodenstruktur eines Straßenfahrzeugs |
| WO2014114336A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | Aktiebolaget Skf | Fastener element |
| DE102014103701B3 (de) * | 2014-03-18 | 2015-05-21 | Holger Faupel | Kurbelarm für ein Fahrrad-Tretkurbelsystem und Herstellungsverfahren dafür |
| US20170291253A1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Honda Motor Co., Ltd. | Hybrid structures for joining of metals and continuous fiber materials |
| US20180346034A1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Multi-material vehicle roof stiffener |
-
2000
- 2000-12-02 DE DE10060042A patent/DE10060042A1/de not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006058377B4 (de) * | 2006-12-08 | 2010-09-16 | Airbus Deutschland Gmbh | Stange zur strukturellen Verstärkung einer Rumpfstruktur eines Flugzeugs |
| US8777162B2 (en) | 2006-12-08 | 2014-07-15 | Airbus Operations Gmbh | Connecting rod for the structural reinforcement of a fuselage structure of an aircraft |
| US8328138B2 (en) | 2008-05-06 | 2012-12-11 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Supporting strut for supporting an intermediate deck that is arranged in an aircraft fuselage |
| DE102008022377B4 (de) * | 2008-05-06 | 2014-02-13 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Stützstrebe zur Abstützung eines in einem Flugzeugrumpf angeordneten Zwischendecks sowie Verfahren zur Herstellung eines Stangenkörpers für eine solche Stützstrebe |
| DE102010041790A1 (de) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Zf Friedrichshafen Ag | Modulares Leichtbau-Strebenelement |
| DE102012213663A1 (de) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Zf Friedrichshafen Ag | Getriebeträger |
| DE102012024281B3 (de) * | 2012-12-12 | 2014-04-24 | Daimler Ag | Zug-Druck-Strebe in einer Unterbodenstruktur eines Straßenfahrzeugs |
| WO2014114336A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | Aktiebolaget Skf | Fastener element |
| DE102014103701B3 (de) * | 2014-03-18 | 2015-05-21 | Holger Faupel | Kurbelarm für ein Fahrrad-Tretkurbelsystem und Herstellungsverfahren dafür |
| EP2921291A1 (de) | 2014-03-18 | 2015-09-23 | Holger Faupel | Kurbelarm für ein Fahrrad-Tretkurbelsystem und Herstellungsverfahren dafür |
| US20170291253A1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Honda Motor Co., Ltd. | Hybrid structures for joining of metals and continuous fiber materials |
| US10807186B2 (en) * | 2016-04-06 | 2020-10-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Hybrid structures for joining of metals and continuous fiber materials |
| US11511367B2 (en) | 2016-04-06 | 2022-11-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Hybrid structures for joining of metals and continuous fiber materials |
| US20180346034A1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Multi-material vehicle roof stiffener |
| US10661838B2 (en) * | 2017-05-31 | 2020-05-26 | Honda Motor Co., Ltd. | Multi-material vehicle roof stiffener |
| US11634179B2 (en) | 2017-05-31 | 2023-04-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Multi-material vehicle roof stiffener |
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