DE102014001024A1

DE102014001024A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils sowie Verbundbauteil

Info

Publication number: DE102014001024A1
Application number: DE102014001024.4A
Authority: DE
Inventors: Welf-Guntram Drossel; Roland Müller; Matthias Riemer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-07-30

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils bereit, bei dem eine erste Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) und eine zweite Schicht aus Metall oder einer Metalllegierung gemeinsam umgeformt und dabei stoffschlüssig miteinander verbunden werden und bei dem gleichzeitig mit dem Umformen im Umformwerkzeug Formschlusselemente in der zweiten Schicht ausgebildet werden, welche zusätzlich eine formschlüssige Verbindung der ersten und zweiten Schicht bewirken. Die Erfindung stellt ferner ein Verbundbauteil aus wenigstens zwei Schichten, einer ersten Schicht aus FVK und einer zweiten Schicht aus Metall oder einer Metalllegierung bereit, wobei die beiden Schichten stoffschlüssig und zusätzlich mittels in der zweiten (metallischen) Schicht vorgesehenen Formschlusselementen formschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verbundbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
In vielen Systemen spielt Leichtbau eine immer größere Rolle, sowohl um die Leistungsfähigkeit der Systeme zu steigern als auch um den Einsatz an Material und Energie zu minimieren. Bedingt durch die spezifischen Materialeigenschaften kommt allerdings jedes Material in gewissen Bereichen an seine Grenzen, wenn die Steifigkeit, Betriebsfestigkeit und Kosteneffizienz gegenüber herkömmlichen Materialien mindestens zu halten oder zu übertreffen ist.
Daher ist aktuell ein großer Trend zu Multimaterial-Systemen und seit neuestem in Richtung Hybridbauweisen erkennbar. Bei diesen Bauweisen werden verschiedene Werkstoffe symbiotisch miteinander verbunden, um die jeweiligen sich bietenden Vorteile der Einzelwerkstoffe bestmöglich nutzen zu können.
Seit einiger Zeit rücken Verbundbauteile aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Metall in den Mittelpunkt des Interesses. Die hohen mechanischen Eigenschaften in Kombination mit dem geringen Gewicht führen insbesondere im Fahrzeugbau oft zur Überlegenheit solcher FVK-Metall-Verbundbauteile gegenüber konventionellen Aluminium- bzw. Stahlbauteilen.
Ein möglicher Einsatz von Verbundbauteilen aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Metall im Fahrzeugbau oder anderen Industriezweigen bedingt jedoch geeignete, großserientaugliche Herstellungsprozesse und -verfahren. Neben niedrigen Zykluszeiten ist vor allem eine gleichbleibend hohe Bauteilqualität von großer Bedeutung.
Die mechanischen Eigenschaften eines Verbundbauteils hängen dabei entscheidend von der Verbindung zwischen faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Metall ab. Diese Verbindung kann an unterschiedlichen Stellen der Fertigungsprozesskette geschehen. Derzeitige Verfahren beschränken sich häufig auf ein einfaches stoffschlüssiges Fügen am Ende der Prozesskette, z. B. durch Kleben.
So lassen sich mit der Technologie des Prepregpressens automobile Strukturbauteile aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Metall bereits heute kostengünstig herstellen. Beim Prepregpressen legt ein Roboter zunächst ein bereits umgeformtes metallisches Bauteil in eine Presse ein. Danach wird ein bereits gestapeltes und zugeschnittenes Prepreg (bestehend aus Fasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix) durch eine Handlingapparatur aufgelegt und durch einen Umformprozess in das Blechbauteil eingeformt.
Anschließend erfolgt im geschlossenen Werkzeug und/oder während nachgeschalteter Prozessschritte (z. B. beim Lackieren) die Aushärtung der Kunststoffmatrix unter Nutzung der Kunststoffmatrix als Klebstoffsystem zur Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs (FVK) an die metallische Grundstruktur. Somit kann vorteilhafterweise auf einen zusätzlichen, aufwendigen Fügeprozess verzichtet werden.
Beim vorbeschriebenen Verfahren besteht jedoch die Schwierigkeit darin, dass die Anbindung der metallischen Schicht an die FVK-Schicht allein über einen oberflächlichen chemischen Stoffschluss bewerkstelligt wird. Dieser Stoffschluss im Interface zwischen Metall und FVK resultiert durch Aushärten der Kunststoffmatrix und ist äußerst anfällig für Schäden, die in der Kontaktebene von Metall und FVK entstehen. Diese hohe Schadensanfälligkeit beruht zum einen auf dem sprunghaften Werkstoffübergang an der Grenzschicht und zum anderen auf dem geringen Schälwiderstand der Klebeverbindung.
Außerdem tritt bei FVK-Metall-Klebeverbindungen im Crash-Fall ein schlagartiges Versagen auf. Stoffschlüssig gefügte FVK-Metall-Verbunde weisen daher nur eine geringe Energieabsorptionsfähigkeit auf.
Zur Realisierung von hoch belastbaren, schadenstoleranten und langlebigen Verbindungen an der Schnittstelle zwischen Metall und faserverstärktem Kunststoff (FVK) sind verschiedene Fügetechniken entwickelt worden. Bei den meisten dieser Fügetechniken werden zusätzliche Elemente eingebracht, die einen Formschluss zwischen Metall- und FVK-Bauteilen vor der FVK-Aushärtung zulassen, wodurch sich ein nachträgliches Einbringen von Verbindungselementen (Schrauben, Nieten) als nicht mehr notwendig erweist.
So ist es aus Möller, F. et al., "Novel method for joining CFRP to aluminum", Physics Procedia Vol. 5, 2010, S. 37–45, bekannt zur Anbindung eines Aluminiumbauteils an ein FVK-Bauteil Titandrahtschlaufen zu benutzen. Die Titandrahtschlaufen werden zunächst mittels Laserstrahlschweißen an das Aluminiumbauteil gefügt. Durch diese Titandrahtschlaufen werden anschließend die Faserrovings geführt, um die zu übertragenden Kräfte direkter und schädigungsfrei in die Fasern des Verbundwerkstoffes einzuleiten. Nachdem die Fasern eingeführt wurden, kann schließlich das Umspritzen mit dem Kunststoffmatrixwerkstoff erfolgen.
Bei dem so gefertigten FVK-Metall-Verbundbauteil müssen die verbesserten mechanischen Eigenschaften allerdings durch zusätzliche Prozessschritte (Anschweißen der Schlaufen, Einführen der Fasern, Umspritzen mit Matrix) beim Herstellungsverfahren erkauft werden. Diese zusätzlichen Prozessschritte verlängern, verteuern und verkomplizieren das Herstellungsverfahren in beträchtlicher Weise.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung eines zusätzlichen Formschlusses zwischen der metallischen Schicht und der FVK-Schicht besteht in der Verwendung von Pins (Stiften). Beispielsweise wird in Ucsnik, S. et al., "Experimental investigation of a novel hybrid metalcomposite joining technology", Composites Part A Vol. 41, 2010, S. 158–165, beschrieben, Pin-Strukturen mittels dem von Fronius International GmbH entwickelten CMT (”Cold-Metal-Transfer”)-Schweißprozess auf ein Metall aufzubringen und anschließend diese Pin-Struktur in ein textiles Halbzeug einzuführen. Die mit Pins modifizierten Metalloberflächen dringen dabei in das Fasermaterial ein und bilden sodann einen ersten, losen Formschluss zwischen Metall und textilem Halbzeug. Der Verbund wird anschließend mit Matrixharz infiltriert und der nachfolgende Heizprozess führt schließlich zu einer Aushärtung des FVK und somit zusätzlich zum durch die Pins hergestellten Formschluss zu einem Stoffschluss zwischen Metall und FVK.
Zwar können durch den kombinierten Form- und Stoffschluss große Verbindungsfestigkeiten auch bei Anwendung in hochdynamischen Umgebungen erreicht werden. Jedoch ist dieses Verbindungskonzept aufgrund des zusätzlich notwendigen CMT-Prozesses zum Anbringen der metallischen Pin-Strukturen auf der Metalloberfläche ebenfalls mit einem erhöhten apparativen und zeitlichen Aufwand verbunden. Aus diesem Grund ist das Verbindungskonzept der Pins aus heutiger Sicht noch immer zu teuer, um in preissensiblen Volumensegmenten (wie beispielsweise im Fahrzeug- oder Flugzeugbau) zur Herstellung von FVK-Metall-Verbundbauteilen eingesetzt werden zu können – obwohl damit erhebliche Gewichtseinsparungen realisiert werden können.
Vor dem Hintergrund der aufgezeigten defizitären Lösungen aus dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines FVK-Metall-Verbundbauteils sowie ein FVK-Metall-Verbundbauteil zu schaffen, das bei einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine feste und zuverlässige Verbindung zwischen Metall bzw. Metalllegierung und faserverstärktem Kunststoff (FVK) ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verbundbauteils durch ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils ist es vorgesehen, dass eine erste Schicht aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff und eine zweite Schicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung in einem Umformwerkzeug gemeinsam umgeformt und dabei stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass gleichzeitig mit dem Umformen im Umformwerkzeug Formschlusselemente in der zweiten (metallischen) Schicht ausgebildet werden, welche zusätzlich eine formschlüssige Verbindung der ersten (FVK-)Schicht und der zweiten (metallischen) Schicht bewirken.
Gegenüber der Herstellung von FVK-Metall-Verbundbauteilen durch Prepregpressen wird eine verbesserte Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs (FVK) an die Metalloberfläche dadurch erreicht, dass die erste Schicht aus FVK und die zweite Schicht aus Metall oder einer Metalllegierung nicht nur stoffschlüssig miteinander verbunden, z. B. verklebt sind, sondern zusätzlich mittels der in der zweiten (metallischen) Schicht ausgebildeten Formschlusselemente auch formschlüssig miteinander verbunden sind. Diese kombinierte form- und stoffschlüssige Anbindung besitzt den Vorteil, dass das derart gefertigte Verbundbauteil deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften bezüglich einer hochdynamischen Belastung aufweist.
Zwar sind aus dem Stand der Technik speziell geformte Verbindungen bekannt, bei denen ein zusätzlicher Formschluss durch aufgeschweißte Drahtschlaufen oder Pin-Strukturen ermöglicht wird. Gegenüber diesem konventionellen Verfahren liegt jedoch der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass die kombinierte form- und stoffschlüssige Verbindung der beiden Schichten in einem einzigen Prozessschritt erzeugt wird. Da die Ausbildung der Formschlusselemente in der zweiten (metallischen) Schicht gleichzeitig mit dem Umformen und stoffschlüssigen Fügen der beiden Schichten erfolgt, sind keine zusätzlichen, vorgelagerten Prozessschritte notwendig, um Übergangsstrukturen (wie z. B. Drahtschlaufen oder Pins) zwischen den zu fügenden Materialien (Metall und FVK) einzubringen. Somit kann im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungskonzepten mit eingebrachten Übergangsstrukturen eine deutlich effizientere und somit kostengünstigere Produktion von FVK-Metall-Verbundbauteilen erreicht werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgen das gemeinsame Umformen der ersten und zweiten Schicht und das gleichzeitige Ausbilden der Formschlusselemente in der zweiten Schicht durch einen Pressumformvorgang, bei dem die erste und zweite Schicht als Flachprodukte in das Umformwerkzeug eingelegt und dort zu dem Verbundbauteil pressumgeformt werden.
Somit lassen sich mit einem einzigen Pressenhub FVK-Metall-Verbundbauteile mit hoher Verbindungsfestigkeit pressen. Durch optimierte Prozessparameter unter anderem für den Druck- und den Temperaturverlauf kann die Zykluszeit zur Herstellung des Verbundbauteils weiter gesenkt werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt das Ausbilden der Formschlusselemente durch einen Schneidvorgang.
Der Schneidvorgang zur Erzeugung der Formschlusselemente lässt sich mit dem Umformvorgang zur Erzeugung der Verbundbauteilgeometrie kombinieren, indem in das Umformwerkzeug an geeigneter Stelle Schneidmittel integriert werden. So können gezielt in lokalen Bereichen des Verbundbauteils durch Ein- bzw. Ausschneiden der zweiten (metallischen) Schicht Formschlusselemente (z. B. Aussparungen mit dazwischen liegenden Stegen) hergestellt werden, die den formschlüssigen Anschluss an die erste Schicht (aus FVK) ermöglichen.
In noch einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erfolgen das gemeinsame Umformen der ersten und zweiten Schicht und das gleichzeitige Ausbilden der Formschlusselemente in der zweiten Schicht unter Wärmeeinwirkung.
Durch Beheizen des Umformwerkzeugs (z. B. mittels integrierter Heizelemente) kann die Aushärtung des Matrixsystems der FVK-Schicht und somit die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen FVK-Schicht und metallischer Schicht beschleunigt werden. Zudem kann durch eine gezielte Temperaturführung während der Umformung die Ausbildung der Formschlusselemente in der zweiten Schicht beeinflusst werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Formschlusselemente als Erhebungen realisiert, welche in das Material der ersten Schicht aus FVK eindringen und von diesem umgeben sind.
Durch derartige Erhebungen kann die zweite (metallische) Schicht in der ersten Schicht (aus FVK) fixiert werden. Im Gegensatz zu sehr aufwendig und somit kostenintensiv einzubringenden Pin-Strukturen können diese Erhebungen durch eine entsprechende Gestaltung der zweiten (metallischen) Schicht, durch ein angepasstes Umformwerkzeug und/oder durch entsprechende Prozessbedingungen (Belastungskollektiv, Temperatur) gleichzeitig mit dem Umformen im Umformwerkzeug hergestellt werden. Somit wird in einem einzigen Prozessschritt ein Verbundbauteil gefertigt, das einerseits die gewünschte globale Formgebung aufweist und andererseits an definierten Stellen der zweiten (metallischen) Schicht mit mehreren Erhebungen zur Realisierung des Formschlusses versehen ist.
Alternativ oder ergänzend ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Formschlusselemente als Aussparungen oder Vertiefungen realisiert sind, welche vom Material der ersten Schicht (aus FVK) ausgefüllt sind.
Die hohe Viskosität des Kunststoffmatrixwerkstoffes führt zu einer vollständigen Ausfüllung der Aussparungen/Vertiefungen beim Umformen. Nach dem Aushärten der Kunststoffmatrix steht die FVK-Schicht im stabilen formschlüssigen Eingriff mit der metallischen Schicht.
Erfindungsgemäß kann die formschlüssige Verbindung insbesondere dadurch entstehen, dass die Formschlusselemente mit Fasern der ersten Schicht im Eingriff stehen.
Durch einen solchen Eingriff der Formschlusselemente mit den Fasern können die im Belastungsfall auf das Verbundbauteil einwirkenden Kräfte auf kürzestem Wege direkt in die Fasern der FVK-Schicht übertragen werden. Somit kann die sehr hohe reine Zugfestigkeit der Fasern (z. B. Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern oder Naturfasern) ausgenutzt werden.
In weiter bevorzugter Weise wird die zweite (metallische) Schicht vorab mit Ausgangsstrukturen versehen, welche durch das gemeinsame Umformen der ersten und zweiten Schicht in die Formschlusselemente umgeformt werden.
Durch die während des Umformvorgangs wirkenden Kräfte können in der metallischen Schicht aus den Ausgangsstrukturen entsprechende Formschlusselemente erzeugt werden, ohne dass zusätzliche Verbindungsstrukturen in den Verbund eingebracht werden müssen.
Vorzugsweise können dabei die Ausgangsstrukturen durch Umformen oder Schneiden der zweiten (metallischen) Schicht erzeugt werden.
Die Ausgangsstrukturen können demzufolge mit den gleichen Fertigungsverfahren (Umformen, Schneiden) wie die daraus hervorgehenden Formschlusselemente hergestellt werden. Daher kann zur Herstellung der Ausgangsstrukturen in der metallischen Schicht und zur Herstellung des Verbundbauteils dasselbe Umformwerkzeug verwendet werden. So kann die metallische Schicht zunächst in das Umformwerkzeug eingelegt werden, um die Ausgangsstrukturen einzuformen. Anschließend kann die FVK-Schicht (z. B. Prepreg) auf die vorbearbeitete metallische Schicht in das Umformwerkzeug eingelegt werden, um ein form- und stoffschlüssig gefügtes FVK-Metall-Verbundbauteil zu erhalten.
Insbesondere können die Ausgangsstrukturen als Aussparungen, Vertiefungen und Erhebungen ausgeführt sein.
Diese Aussparungen, Vertiefungen oder Erhebungen sind der Form der später daraus herzustellenden Formschlusselemente angenähert. Dadurch wird die zur Erreichung der Endgeometrie der Formschlusselemente benötigte Umformarbeit sehr gering gehalten. Diese restliche Umformarbeit kann problemlos während der Formgebung des Verbundbauteils im Umformwerkzeug eingebracht werden.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ausgangsstrukturen der zweiten (metallischen) Schicht als Aussparungen ausgeführt, wobei beim gemeinsamen Umformen der ersten Schicht (aus FVK) und zweiten (metallischen) Schicht im Umformwerkzeug zumindest einer der zwischen den Aussparungen gebildeten Stege aus der Haupterstreckungsebene der zweiten (metallischen) Schicht herausgebogen wird, um als Formschlusselement in die angrenzende erste Schicht (aus FVK) einzudringen.
Eine derartige Gestaltung der Ausgangsstrukturen und Formschlusselemente in der metallischen Schicht ist besonders vorteilhaft, um zu einer formschlüssigen Verbindung der beiden Schichten zu gelangen. Die Stege können so gestaltet sein, dass bei ihrem Herausbiegen aus der Haupterstreckungsebene der metallischen Schicht jeweils schlaufenähnliche Strukturen gebildet werden, durch welche die Fasern der FVK-Schicht hindurchgeführt sind, um die im Belastungsfall wirkenden Kräfte ohne Faserunterbrechung direkt in die Fasern einzuleiten.
Als weitere vorteilhafte Maßnahme kann vorgesehen sein, die zweite (metallische) Schicht vor dem Umformen mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen, die mit der ersten Schicht (aus FVK) stoffschlüssig verbindbar ist.
Durch die Oberflächenbeschichtung der metallischen Schicht wird eine bessere Anbindung der nachfolgend aufzubringenden FVK-Schicht gewährleistet. Somit können auch Metalle bzw. Metalllegierungen, die sich nur schlecht mit dem jeweiligen faserverstärkten Kunststoff (FVK) stoffschlüssig verbinden lassen, nach einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung problemlos zur Herstellung von FVK-Metall-Verbundbauteilen eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist das Verfahren so ausgestaltet, dass das Umformwerkzeug aus zwei gegeneinander verfahrbaren Werkzeughälften besteht, von denen die eine Werkzeughälfte eine Patrize und die andere Werkzeughälfte eine Matrize aufweist. Zum gemeinsamen Umformen der ersten und zweiten Schicht werden die beiden Schichten (aus Metall bzw. Metalllegierung und aus FVK) zumindest abschnittsweise aufeinanderliegend auf eine der beiden Werkzeughälften gelegt. Anschließend wird das Umformwerkzeug geschlossen, sodass die Patrize in die Matrize eingefahren wird und die beiden Schichten dabei unter Druck zwischen Patrize und Matrize zum Verbundbauteil verpresst werden.
Durch das Verpressen zwischen Patrize und Matrize werden gute Oberflächenqualitäten erreicht. Zudem entstehen hier im Vergleich zu anderen Verfahren, bei denen für eine kombinierte stoff- und formschlüssige Verbindung Verbindungsstrukturen (eins, Drahtschlaufen) in zusätzlichen Prozessschritten einzubringen sind, erheblich kürzere Zykluszeiten und demzufolge kostengünstige FVK-Metall-Verbundbauteile.
Zudem können vorteilhafterweise die Patrize und Matrize so gestaltet sein, dass beim Schließen des Umformwerkzeugs eine vorgegebene Geometrie des Verbundbauteils erhalten wird und gleichzeitig in zumindest einem lokalen Bereich des Verbundbauteils die Formschlusselemente in die zweite Schicht eingeformt werden.
Das Umformwerkzeug (Patrize und Matrize) ist demzufolge so beschaffen, dass einerseits die globale Formgebung des Verbundbauteils gewährleistet ist und andererseits die lokale Ausformung von Formschlusselementen bewerkstelligt wird. Da beide Funktionen vom selben Umformwerkzeug (Patrize und Matrize) übernommen werden, kann das FVK-Metall-Verbundbauteil mit form- und stoffschlüssiger Verbindung der beiden Schichten durch einen einzigen Pressenhub hergestellt werden. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für Großserienanwendungen (wie beispielsweise im Fahrzeug- oder Flugzeugbau) geeignet.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verbundbauteil aus wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen Schichten gelöst, wobei eine erste Schicht aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff und eine zweite Schicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, und wobei die zweite Schicht mit Formschlusselementen versehen ist zur Erzeugung einer zusätzlichen formschlüssigen Verbindung der ersten und zweiten Schicht.
Somit weist das erfindungsgemäße Verbundbauteil den Vorteil auf, dass durch eine Kombination aus Stoff- und Formschluss eine besonders feste Verbindung zwischen FVK- und Metallschicht besteht. Infolgedessen besitzt das Verbundbauteil eine erhöhte Schadenstoleranz, indem eine Delamination in der Kontaktebene des Verbundbauteils zwischen FVK- und Metallschicht vermieden oder in ihrer Ausbreitung begrenzt wird.
Außerdem müssen vorteilhafterweise zur Ausbildung des Formschlusses keine zusätzlichen Verbindungselemente (Pins, Drahtschlaufen) auf die metallische Schicht aufgebracht werden. Vielmehr wird der Formschluss allein durch die metallische Schicht selbst erzielt, indem in die metallische Schicht entsprechende Formschlusselemente (z. B. Erhebungen, Aussparungen oder Vertiefungen) eingeformt sind, welche mit der angrenzenden FVK-Schicht im Eingriff stehen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine Ausführungsform einer metallischen Zwischenschicht für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils.
1 zeigt schematisch einen möglichen Ablauf bei der Herstellung eines FVK-Metall-Verbundbauteils 1 nach der Erfindung.
Wie aus 1 ersichtlich, wird zur Herstellung des Verbundbauteils 1 zunächst aus den benötigten Zuschnitten ein Stapel 12 gebildet. Ein solcher Stapel 12 umfasst in der gezeigten Ausführungsform zwei Deckschichten 2a, 2b sowie eine zwischen den Deckschichten 2a, 2b angeordnete Zwischenschicht 3.
Die Deckschichten 2a, 2b sind aus Prepreg gebildet. Prepreg besteht aus Verstärkungsfasern 5, die z. B. in Form loser Fasern, in Form eines Gewebes oder in Form eines Geleges vorliegen und die mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial (Matrix) vorimprägniert sind. Als Verstärkungsfasern 5 kommen insbesondere Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern oder dergleichen in Betracht. Als aushärtbares Kunststoffmaterial werden insbesondere Epoxidharze, Polyesterharze, BMI-Harze oder dergleichen eingesetzt. Durch die Zufuhr von Wärme können die Prepreg-Deckschichten 2a, 2b ausgehärtet werden.
Die Zwischenschicht 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als ein geschlitztes Metallblech ausgebildet, welches in 2 einzeln in Draufsicht gezeigt ist. Anstatt eines geschlitzten Metallbleches 3 können beliebige, flächige Gebilde aus Metall oder einer Metalllegierung, wie z. B. ein Streckmetall, ein Lochblech, ein Metallschaum, ein metallisches Band, ein Metallgewebe oder eine Drahtstruktur, eingesetzt werden.
Wie weiter aus 1 ersichtlich, umfasst ein bei der Herstellung des Verbundbauteils 1 verwendetes Umformwerkzeug eine obere Werkzeughälfte 4b und eine untere Werkzeughälfte 4a, die gegeneinander verfahrbar sind und die im (nicht dargestellten) geschlossenen Zustand einen Formhohlraum zwischen sich bilden, der der Geometrie des zu formenden Verbundbauteils 1 entspricht.
Für die Herstellung eines im Querschnitt trapezförmig gekrümmten Verbundbauteils 1 weist die obere Werkzeughälfte 4b eine Patrize 9 mit einer trapezförmig-konvex gekrümmten Pressfläche und die untere Werkzeughälfte 4a eine Matrize 10 mit einer trapezförmig-konkav gekrümmten Pressfläche auf. Patrize 9 und Matrize 10 verfügen über eine (nicht dargestellte) Heizeinrichtung.
Mittels einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Hydraulikzylinder oder dergleichen, lassen sich die obere Werkzeughälfte 4b und die untere Werkzeughälfte 4a mit einer definierten mechanischen Kraft F₁ gegeneinander pressen. Infolge der auf die obere und untere Werkzeughälfte 4b, 4a wirkenden mechanischen Presskraft F₁ entsteht im Umformwerkzeug zwischen Patrize 9 und Matrize 10 ein Arbeitsdruck.
Vorzugsweise lässt sich mittels einer (nicht dargestellten) Steuer- und Regeleinrichtung die auf die obere und untere Werkzeughälfte 4b, 4a wirkende mechanische Presskraft F₁ sowie die Heizeinrichtung zur Temperierung der Patrize 9 und Matrize 10 steuern bzw. regeln.
Der aus den beiden Deckschichten 2a, 2b sowie der Zwischenschicht 3 gebildete Stapel 12 zur Bildung des fertigen Verbundbauteils 1 wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in das geöffnete Umformwerkzeug 4a, 4b verbracht. Gemäß 1 wird dabei der Stapel 12 auf die untere Werkzeughälfte 4a gelegt, sodass er zwischen Patrize 9 und Matrize 10 positioniert ist.
Nach diesem in 1 dargestellten Stapel- und Legevorgang erfolgt der eigentliche Umformvorgang. Hierzu wird das Umformwerkzeug 4a, 4b geschlossen, indem die Patrize 9 abgesenkt und/oder die Matrize 10 angehoben wird, bis die Patrize 9 vollständig in die konkave Ausnehmung 13 der Matrize 10 eingefahren ist. Unter Druck- und Temperatureinwirkung werden die Deckschichten 2a, 2b und die Zwischenschicht 3 gleichzeitig umgeformt und stoffschlüssig gefügt.
Das Kunststoffmaterial (z. B. Harz) des Prepregs in den Deckschichten 2a, 2b übernimmt dabei selbst die stoffschlüssige Verbindung (Verklebung) zwischen den FVK-Deckschichten 2a, 2b und der metallischen Zwischenschicht 3, sodass ein zusätzlicher Fügeprozess entfällt. Nach vollständiger Aushärtung des Kunststoffmaterials (im Umformwerkzeug 4a, 4b oder während nachgeschalteter Prozessschritte) ist ein FVK-Metall-Verbundbauteil 1 gebildet, bei dem das Kunststoffmaterial nicht nur zur Einbettung der Fasern 5, sondern auch als Klebstoffsystem dient zur stoffschlüssigen Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs (FVK) an die metallische Zwischenschicht 3.
Insoweit ähnelt das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von FVK-Metall-Verbundbauteilen 1 einem klassischen Prepregpressverfahren, mit dem hybride Leichtbaustrukturen in vergleichsweise kurzen Taktzeiten kostengünstig herzustellen sind. Problematisch an solchen klassischen Prepregpressverfahren ist jedoch, dass nach dem Verpressen lediglich eine stoffschlüssige Verbindung (durch die ausgehärtete Kunststoffmatrix oder durch eine zusätzlich eingebrachte Haftvermittlerschicht) zwischen den beiden sehr verschiedenen Werkstoffen FVK und Metall ermöglicht wird. Durch diesen Stoffschluss ist insbesondere im Crash-Fall nicht sichergestellt, dass die FVK-Schicht 2a, 2b ausreichend fest und dauerhaft mit der metallischen Schicht 3 verbunden ist.
Um eine höhere Verbindungsfestigkeit zwischen den beiden Schichten 2a, 2b, 3 (aus Metall und FVK) zu gewährleisten, wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Schichten 2a, 2b, 3 (aus Metall und FVK) hergestellt. Somit weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundbauteile 1 eine hohe Versagenssicherheit auch in hochdynamischen Belastungsfällen (z. B. bei Unfallszenarien) auf und können somit auch als crashrelevante Strukturbauteile im Kraftfahrzeug- oder Flugzeugbau eingesetzt werden.
Zur Realisierung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem faserverstärkten Kunststoff (FVK) und dem Metall bzw. der Metalllegierung müssen keine zusätzlichen Verbindungselemente eingefügt werden. Vielmehr wird der zusätzliche Formschluss durch die metallische Schicht 3 selbst übernommen, indem in dieser metallischen Schicht 3 Formschlusselemente 6 ausgebildet sind, die mit der angrenzenden Schicht 2a, 2b aus FVK formschlüssige Verbindungen eingehen.
Im in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Ausbildung der Formschlusselemente 6 eine metallische Zwischenschicht 3 in Form eines geschlitzten Bleches verwendet. Gemäß 2 sind mehrere V-förmige Schlitze 7 in dem als Zwischenschicht 3 zur Herstellung des Verbundbauteils 1 dienenden Blech vorgesehen. Diese Schlitze 7 sind vorab, d. h. vor dem in 1 dargestellten Stapel-, Lege- und Umformvorgang, durch Schneiden (z. B. Stanzen) des Bleches 3 hergestellt worden.
Die V-förmigen Schlitze 7 sind in mehreren parallel zueinander angeordneten Reihen entlang der Breitenerstreckung des Bleches 3 verteilt, wobei jede Reihe aus mehreren in einer Linie ausgerichteten, V-förmigen Schlitzen 7 besteht.
Zwischen den diagonal verlaufenden Schenkeln jedes V-förmigen Schlitzes 7 ist ein dreieckförmiger Blechsteg 8 gebildet. Diese Blechstege 8 sind zungenähnlich ausgestaltet, da nur eine Dreieckseite der Blechstege 8 jeweils mit dem übrigen Blechmaterial verbunden ist, während die beiden anderen Dreieckseiten der Blechstege 8 jeweils durch den V-förmigen Schlitz 7 vom übrigen Blechmaterial getrennt sind.
Diese zungenähnlich ausgeführten Blechstege 8 werden für den späteren Einsatzzweck als Formschlusselemente 6 während der gemeinsamen Umformung von Prepreg-Schichten 2a, 2b und Blech 3 im Umformwerkzeug 4a, 4b (siehe 1) aus der Haupterstreckungsebene 14 des Bleches 3 herausgebogen. Das Herausbiegen der Blechstege 8 wird allein durch die während des Umformvorgangs auf das Blech 3 einwirkenden Belastungen hervorgerufen, ohne dass hierzu zusätzliche Umformkräfte auf das Blech 3 aufgebracht werden müssen. Die auf das Blech 3 bei der gemeinsamen Umformung mit den Prepreg-Deckschichten 2a, 2b einwirkenden Belastungen umfassen in erster Linie die beim Zusammenfahren von oberer und unterer Werkzeughälfte 4b, 4a in vertikaler Richtung auftretenden, mechanischen Presskräfte F₁. Die Belastungen umfassen jedoch auch in horizontaler Richtung einwirkende mechanische Spannkräfte F₂, die während der Umformung durch eine horizontale Einspannung von entsprechenden (nicht dargestellten) Spannmitteln auf den umzuformenden Prepreg-Blech-Stapel 12 ausgeübt werden. Schließlich erfolgt während der Umformung durch die beheizte Patrize 9 und Matrize 10 noch ein Wärmeeintrag in das Blech 3.
In Summe werden durch das während der gemeinsamen Umformung von Prepreg-Deckschichten 2a, 2b und Blech-Zwischenschicht 3 einwirkende Belastungskollektiv (Press- und Spannkräfte F₁, F₂) und die einwirkenden Temperaturen Spannungen in das Blech eingebracht. Die während der Umformung induzierten Spannungen führen dazu, dass sich die zwischen den V-förmigen Schlitzen 7 erstreckenden zungenförmigen Blechstege 8 aus der (durch die Form der Patrize 9 und Matrize 10 vorgegebenen) Haupterstreckungsebene 14 des Bleches 3 herausbiegen, da diese Blechstege 8 nur einseitig mit dem übrigen Blechmaterial verbunden sind.
In 1 ist ein lokaler Bereich 11 des fertigen Verbundbauteils 1 in einer vergrößerten Querschnittsansicht gezeigt, um die beim Umformen gleichzeitig ausgebildeten Formschlusselemente 6 deutlicher hervorzuheben. Die zwischen den Schenkeln der V-förmigen Schlitze 7 gebildeten dreieckförmigen Blechstege 8 sind während der Umformung im Umformwerkzeug 4a, 4b aus der (an dieser Stelle horizontalen) Haupterstreckungsebene 14 des Bleches 3 herausgebogen worden. Durch dieses Herausbiegen stellen die Stege Formschlusselemente 6 dar, die in die unterhalb und oberhalb angrenzenden FVK-Deckschichten 2a, 2b als Verankerungselemente eindringen und vom FVK-Material allseitig umgeben sind. Die aus den herausgebogenen Blechstegen 8 gebildeten Formschlusselemente 6 stellen somit einen Formschluss zwischen Blech 3 und FVK-Deckschichten 2a, 2b her. Der Formschluss wird dadurch verstärkt, dass einzelne Fasern 5 der FVK-Schichten 2a, 2b mit den herausgebogenen Stegen (Formschlusselementen 6) im Eingriff stehen, wodurch eine direkte Krafteinleitung in die hochfesten Fasern 5 erzielt werden kann.
Im Ergebnis wird eine sichere und stabile stoff- und zusätzlich formschlüssige Verbindung zwischen der metallischen Zwischenschicht 3 (Blech) und den beiden Deckschichten 2a, 2b aus FVK hergestellt. Der zusätzliche Formschluss konnte allein durch eine entsprechende Gestaltung der metallischen Schicht 3 (Einbringung von V-förmigen Schlitzen 7, siehe 2) und aus den während des Umformvorgangs herrschenden Prozessbedingungen (Belastungskollektiv, Temperatur) erreicht werden. Auf eine zeit- und kostenintensive Einbringung von Verbindungsstrukturen (z. B. Pins oder Drahtschlaufen) in die Kontaktebene zwischen metallischer Zwischenschicht 3 und FVK-Deckschichten 2a, 2b konnte gänzlich verzichtet werden.
Demzufolge führt das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Herstellung eines Verbundbauteils 1 mit exzellenten mechanischen Eigenschaften (hohe Verbindungsfestigkeit durch kombinierten Form- und Stoffschluss), sondern erlaubt zudem eine äußerst effiziente und somit kostengünstige Produktion des Verbundbauteils 1. Für den kombinierten Form- und Stoffschluss werden nämlich keine mehrstufigen Verfahren benötigt. Durch einen einzigen Prozessschritt, der Umformung von metallischer Schicht 3 und FVK-Schicht 2a, 2b zum Verbundbauteil 1, wird einerseits die gewünschte Verbundbauteilgeometrie unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung (durch die ausgehärtete Kunststoffmatrix oder durch eine Haftvermittlerschicht) und andererseits die formschlüssige Verbindung (durch Ausbildung von Formschlusselementen 6 in der metallischen Schicht 3) realisiert.
Aufgrund der verkürzten Prozesskette und aufgrund des Wegfalls von Qualitätssicherungsmaßnahmen im Fertigungsprozess, da bedingt durch die zusätzliche formschlüssige Verklammerung die Lagekontrolle der metallischen Schicht 3 hinfällig ist, resultiert eine erhebliche Effizienzsteigerung in der Produktion von FVK-Metall-Verbundbauteilen 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von FVK-Metall-Verbundbauteilen 1 kann daher generell in allen Industriezweigen, also auch in wirtschaftlich und/oder qualitativ sensiblen Bereichen, wie im Kraftfahrzeugbau oder im Flugzeugbau eingesetzt werden. Durch die Verwendung einer klassischen Prozesskette der Blechbearbeitung kann das erfindungsgemäße Verfahren in bestehenden Fertigungsanlagen umgesetzt werden.
Abschließend ist zu bemerken, dass eine Vielzahl alternativer Möglichkeiten besteht, um gleichzeitig mit dem Umformen im Umformwerkzeug 4a, 4b Formschlusselemente 6 in der metallischen Schicht 3 auszubilden. Beispielsweise wäre es möglich, andere Ausgangsstrukturen (z. B. in Form von Erhebungen und/oder von Vertiefungen und/oder von beliebig geformten Aussparungen) als die in 2 dargestellten V-förmigen Schlitze 7 in die metallische Schicht 3 (Blech) einzubringen, welche dann anschließend beim gemeinsamen Umformen von FVK-Schicht 2a, 2b und metallischer Schicht 3 zu den Formschlusselementen 6 umgeformt werden.
Auch kann gänzlich auf Ausgangsstrukturen 7 in der metallischen Schicht 3 verzichtet werden. In einem solchen Fall kann durch eine entsprechende Gestaltung des Umformwerkzeugs 4a, 4b (insbesondere der Patrize 9 und Matrize 10) nicht nur die vorgegebene Verbundbauteilgeometrie erhalten werden, sondern zusätzlich in bestimmten lokalen Bereichen 11 des Verbundbauteils 1 Formschlusselemente 6 in die metallische Schicht 3 eingeformt werden. So können beispielsweise Schneidmittel in das Umformwerkzeug 4a, 4b integriert werden, um an gewünschten Stellen durch einen kombinierten Umform- und Schneidprozess Formschlusselemente 6 in der metallischen Schicht 3 herzustellen.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass das Ausbilden der Formschlusselemente 6 gleichzeitig mit dem Umformen und stoffschlüssigen Fügen der FVK-Schicht 2a, 2b und metallischen Schicht 3 im Umformwerkzeug 4a, 4b erfolgt. Hierdurch wird es möglich, FVK-Metall-Verbundbauteile 1 mit einer hohen Verbindungsfestigkeit (Kombination von Stoff- und Formschluss) durch einen einzigen Prozessschritt in hocheffizienter Weise herzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Möller, F. et al., ”Novel method for joining CFRP to aluminum”, Physics Procedia Vol. 5, 2010, S. 37–45 [0012]
Ucsnik, S. et al., ”Experimental investigation of a novel hybrid metalcomposite joining technology”, Composites Part A Vol. 41, 2010, S. 158–165 [0014]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1) aus wenigstens zwei Schichten (2a, 2b, 3), wobei eine erste Schicht (2a, 2b) aus einem mittels Fasern (5) verstärkten Kunststoff und eine zweite Schicht (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, und wobei die erste und zweite Schicht (2a, 2b, 3) in einem Umformwerkzeug (4a, 4b) gemeinsam umgeformt und dabei stoffschlüssig miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit dem Umformen im Umformwerkzeug (4a, 4b) Formschlusselemente (6) in der zweiten Schicht (3) ausgebildet werden, welche zusätzlich eine formschlüssige Verbindung der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b, 3) bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Umformen der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b, 3) und das gleichzeitige Ausbilden der Formschlusselemente (6) in der zweiten Schicht (3) durch einen Pressumformvorgang erfolgen, bei dem die erste und zweite Schicht (2a, 2b, 3) als Flachprodukte in das Umformwerkzeug (4a, 4b) eingelegt und dort zu dem Verbundbauteil (1) pressumgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Formschlusselemente (6) in der zweiten Schicht (3) durch einen Schneidvorgang erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Umformen der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b, 3) und das gleichzeitige Ausbilden der Formschlusselemente (6) in der zweiten Schicht (3) unter Wärmeeinwirkung erfolgen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (6) als Erhebungen realisiert sind, welche in das Material der ersten Schicht (2a, 2b) eindringen und von diesem umgeben sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (6) als Aussparungen oder Vertiefungen realisiert sind, welche vom Material der ersten Schicht (2a, 2b) ausgefüllt sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung dadurch entsteht, dass die Formschlusselemente (6) mit Fasern (5) der ersten Schicht (2a, 2b) im Eingriff stehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (3) vorab mit Ausgangsstrukturen (7) versehen wird, welche durch das gemeinsame Umformen der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b, 3) in die Formschlusselemente (6) umgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstrukturen (7) durch Umformen oder durch Schneiden der zweiten Schicht (3) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstrukturen (7) als Aussparungen, Vertiefungen oder Erhebungen ausgeführt sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstrukturen (7) der zweiten Schicht (3) als Aussparungen ausgeführt sind und dass beim gemeinsamen Umformen der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b) im Umformwerkzeug (4a, 4b) zumindest einer der zwischen den Aussparungen gebildeten Stege (8) aus der Haupterstreckungsebene (14) der zweiten Schicht (3) herausgebogen wird, um als Formschlusselement (6) in die angrenzende erste Schicht (2a, 2b) einzudringen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (3) vor dem Umformen mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird, die mit der ersten Schicht (2a, 2b) stoffschlüssig verbindbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug aus zwei gegeneinander verfahrbaren Werkzeughälften (4a, 4b) besteht, von denen die eine Werkzeughälfte (4b) eine Patrize (9) und die andere Werkzeughälfte (4a) eine Matrize (10) aufweist, wobei zum gemeinsamen Umformen der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b, b) die beiden Schichten (2a, 2b, 3) zumindest abschnittsweise aufeinanderliegend auf eine der beiden Werkzeughälften (4a) gelegt werden und das Umformwerkzeug anschließend geschlossen wird, sodass die Patrize (9) in die Matrize (10) eingefahren wird und die beiden Schichten (2a, 2b, 3) dabei unter Druck zwischen Patrize (9) und Matrize (10) zum Verbundbauteil (1) verpresst werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Patrize (9) und Matrize (10) so gestaltet sind, dass beim Schließen des Umformwerkzeugs (4a, 4b) eine vorgegebene Geometrie des Verbundbauteils (1) erhalten wird und gleichzeitig in zumindest einem lokalen Bereich (11) des Verbundbauteils (1) die Formschlusselemente (6) in die zweite Schicht (3) eingeformt werden.
Verbundbauteil (1), insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aus wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen Schichten (2a, 2b, 3), wobei eine erste Schicht (2a, 2b) aus einem mittels Fasern (5) verstärkten Kunststoff und eine zweite Schicht (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (3) mit Formschlusselementen (6) versehen ist zur Erzeugung einer zusätzlichen formschlüssigen Verbindung der ersten und zweiten Schicht (2a, 2b, 3).
Verbundbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil (1) aus drei Schichten besteht, wobei sich eine zweite Schicht (3) als Zwischenschicht zwischen zwei ersten Schichten (2a, 2b) als Deckschichten befindet.
Verbundbauteil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (6) als Erhebungen realisiert sind, welche in das Material der ersten Schicht (2a, 2b) eindringen und von diesem umgeben sind.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (6) als Aussparungen oder Vertiefungen realisiert sind, welche vom Material der ersten Schicht (2a, 2b) ausgefüllt sind.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung dadurch realisiert ist, dass die Formschlusselemente (6) mit Fasern (5) der ersten Schicht (2a, 2b) im Eingriff stehen.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Schicht (3) um ein Streckmetall, ein Lochblech oder ein geschlitztes Blech handelt.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (3) Aussparungen (7) aufweist, zwischen denen Stege (8) angeordnet sind, wobei zumindest einer dieser Stege (8) zur Bildung eines Formschlusselements (6) aus der Haupterstreckungsebene (14) der zweiten Schicht (3) herausgebogen ist und in die angrenzende erste Schicht (2a, 2b) eindringt.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (3) eine Oberflächenbeschichtung aufweist, die mit der ersten Schicht (2a, 2b) stoffschlüssig verbunden ist.
Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug oder für ein Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 22 umfasst.