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DE102023125365A1 - Method for determining the condition of a joint and hybrid component with a joint - Google Patents

Method for determining the condition of a joint and hybrid component with a joint Download PDF

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DE102023125365A1
DE102023125365A1 DE102023125365.4A DE102023125365A DE102023125365A1 DE 102023125365 A1 DE102023125365 A1 DE 102023125365A1 DE 102023125365 A DE102023125365 A DE 102023125365A DE 102023125365 A1 DE102023125365 A1 DE 102023125365A1
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DE
Germany
Prior art keywords
component
individual elements
joining
joining surface
joint
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023125365.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Miriam Löbbecke
Jonathan Freund
Jan Haubrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Publication date
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Publication of DE102023125365A1 publication Critical patent/DE102023125365A1/en
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Abstract

Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung mit den folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines ersten Bauteils (1) mit einer ersten Fügeoberfläche (11) und eines zweiten Bauteils (2) mit einer zweiten Fügeoberfläche (21),
b) Ausbilden einer Markerstruktur (110) mit mindestens zwei voneinander unterschiedlichen Elementarten (111, 112), wobei jede der unterschiedlichen Elementarten (111, 112) eine Mehrzahl von Einzelelementen (3) umfasst, welche jeweils zumindest über einen Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche (11) des ersten Bauteils (1) ausgebildet werden und wobei die Einzelelemente (3) von der ersten Fügeoberfläche (11) vorstehend ausgebildet werden und sich entlang einer jeweiligen Verlaufsachse (A) erstrecken,
c) stoffschlüssiges Fügen des ersten (1) und zweiten Bauteils (2) durch Herstellen ein Fügeverbindung zwischen der ersten (11) und zweiten Fügeoberfläche (21), wobei die Markerstruktur (110) zumindest anteilig zwischen der ersten (11) und zweiten Fügeoberfläche (12) angeordnet ist,
d) Erfassen mindestens eines Signals mit einer Detektionseinrichtung (4), wobei das Signal bei Auftreten einer Schädigung in den Einzelelementen (3) der mindestens zwei Elementarten (111, 112) verändert wird,
e) Auswerten des mindestens einen Signals aus Schritt d) zur Bestimmung eines Schädigungszustandes der Einzelelemente (3).

Figure DE102023125365A1_0000
Method for determining the condition of a joint with the following steps:
a) providing a first component (1) with a first joining surface (11) and a second component (2) with a second joining surface (21),
b) forming a marker structure (110) with at least two different element types (111, 112), wherein each of the different element types (111, 112) comprises a plurality of individual elements (3), which are each formed over at least a surface portion of the first joining surface (11) of the first component (1), and wherein the individual elements (3) are formed protruding from the first joining surface (11) and extend along a respective axis (A),
c) materially joining the first (1) and second component (2) by producing a joining connection between the first (11) and second joining surface (21), wherein the marker structure (110) is arranged at least partially between the first (11) and second joining surface (12),
d) detecting at least one signal with a detection device (4), the signal being changed when damage occurs in the individual elements (3) of the at least two element types (111, 112),
e) evaluating the at least one signal from step d) to determine a damage state of the individual elements (3).
Figure DE102023125365A1_0000

Description

Die folgende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung sowie ein hybrides Bauteil mit einer Fügeverbindung.The following invention relates to a method for determining the condition of a joint connection and to a hybrid component with a joint connection.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, um den Zustand einer Fügeverbindung zu bestimmen. Als Fügeverbindung wird in diesem Zusammenhang eine Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen verstanden, wobei die beiden Bauteile beispielsweise über ein stoffschlüssiges Fügeverfahren miteinander verbunden sind. Ein zur Verbindung der Bauteile verwendetes Fügeverfahren kann dabei adhäsiv, beispielsweise klebend, sein, so dass Bauteile aus beispielsweise verschiedenartigen Werkstoffen miteinander klebend verbunden werden können.A variety of methods for determining the condition of a joint are known from the prior art. In this context, a joint is defined as a connection between at least two components, where the two components are joined together, for example, using a material-to-material joining process. The joining process used to join the components can be adhesive, such as bonding, so that components made of different materials, for example, can be bonded together.

Adhäsive Fügeverfahren ermöglichen dabei signifikante Gewichtsvorteile, da in der Fügeverbindung auf die Verwendung von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Nieten und/oder Schrauben, verzichtet werden kann. Daher stellen adhäsive Fügeverfahren eine essenzielle Technologie für die Herstellung hybrider Bauteile, Strukturen und Werkstoffe dar, wie beispielsweise Faser-Metall-Laminate.Adhesive joining processes enable significant weight savings, as the use of fasteners such as rivets and/or screws can be dispensed with. Therefore, adhesive joining processes represent an essential technology for the production of hybrid components, structures, and materials, such as fiber-metal laminates.

Unter den stoffschlüssigen Verbindungen sind Klebeverbindungen gegenüber Schweiß- oder Lötverbindungen besonders vorteilhaft, da diese ein verhältnismässig wärmearmes Verbindungsverfahren darstellen, welches lokal nahezu ohne Wärmeeintrag in die Bauteile angewendet werden kann. Mittels „strukturellem Kleben“ können beispielsweise großflächige Fügeverbindungen bereitgestellt werden, wobei eine Kraftübertragung über die gesamte Klebefläche ermöglicht wird, ohne dass das Bauteil durch Bohrlöcher für Schrauben oder Nieten beeinträchtigt bzw. die Fügestruktur geschwächt wird.Among the bonded joints, adhesive joints are particularly advantageous over welded or soldered joints, as they represent a relatively low-heat joining method that can be applied locally with virtually no heat input to the components. "Structural bonding," for example, can be used to create large-area joints, enabling force transmission across the entire bonded surface without impairing the component through drilled holes for screws or rivets, or weakening the joint structure.

Zudem lassen sich mittels stoffschlüssiger adhäsiver Fügeverfahren auch Hybridverbunde und Klebeverbindungen aus Faserverbundkunststoffen und metallischen Werkstoffen herstellen.In addition, hybrid composites and adhesive joints made of fiber-reinforced plastics and metallic materials can also be produced using adhesive joining processes.

Im Bereich von duromeren Matrixsystemen werden beispielsweise Vakuum-, Autoklav-, Resin-Transfer-Moulding-(RTM) und Pressverfahren zur Herstellung adhäsiver Fügeverbindungen verwendet.In the field of thermosetting matrix systems, for example, vacuum, autoclave, resin transfer molding (RTM) and pressing processes are used to produce adhesive joints.

Bei thermoplastischen Matrixsystemen finden Pressverfahren oder Schweißverfahren wie etwa das Ultraschallschweißen primär Einsatz zur Herstellung einer Fügeverbindung bzw. bei der Herstellung gefügter Hybridbauteile. Jedoch können auch Spritzgussverfahren zur Fügung von Bauteilen vorgesehen werden.For thermoplastic matrix systems, compression molding or welding processes such as ultrasonic welding are primarily used to create a joint or to manufacture joined hybrid components. However, injection molding processes can also be used to join components.

Je nach Anwendungsgebiet und je nach zu fügenden Werkstoffen sind unterschiedliche Fügeverfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung besser oder schlechter geeignet. Sämtliche Fügeverfahren eint jedoch das Problem der Zustandsbestimmung der Fügeverbindung.Depending on the application and the materials to be joined, different joining methods are more or less suitable for creating a joint. However, all joining methods share the problem of determining the condition of the joint.

Bei den obengenannten Fügeverbindungen stellt insbesondere die Detektion von Fehlern, beispielsweise durch unvollständige oder mangelhafte Anhaftungen der jeweiligen Bauteile, eine besondere Herausforderung dar. Ferner können derartige Defekte an einem adhäsiv gefügten Bauteil nicht nur während des Fügevorgangs im Rahmen der Herstellung, sondern auch im Laufe der Betriebszeit des gefügten Bauteils etwa durch externe Einflüsse wie auf die Fügeverbindung einwirkende zyklische Lasten entstehen. Derartige Fehler oder Schädigungsarten können Delaminationen oder Rissbildungen oder Rissfortschritt sein. Aufgrund des Umstandes, dass die vorbezeichneten Schädigungsarten nach dem Fügen des Bauteils und/oder während des Betriebs eines gefügten Bauteils nicht oder nur unzureichend detektiert werden können, werden in der Praxis adhäsive Fügeverfahren häufig mit weiteren Fügeverfahren kombiniert, um somit Fügeverbindungen zu schaffen, die den Forderungen insbesondere im Hinblick auf eine dauerhafte Betriebssicherheit gerecht werden. Die mangelnde Kenntnis über einen aktuellen Schädigungszustand der Fügeverbindung führt somit zu einer Art Überdimensionierung der Fügeverbindung.In the aforementioned joints, the detection of defects, for example due to incomplete or inadequate adhesion of the respective components, represents a particular challenge. Furthermore, such defects in an adhesively joined component can arise not only during the joining process during manufacturing, but also over the course of the service life of the joined component, for example due to external influences such as cyclic loads acting on the joint. Such defects or types of damage can include delamination, crack formation, or crack propagation. Due to the fact that the aforementioned types of damage cannot be detected or can only be detected inadequately after the component has been joined and/or during operation of a joined component, adhesive joining processes are often combined with other joining processes in practice in order to create joints that meet the requirements, particularly with regard to long-term operational reliability. The lack of knowledge about the current damage state of the joint thus leads to a kind of over-dimensioning of the joint.

In der Luftfahrt werden beispielsweise geklebte Fügeverbindungen zusätzlich mit Nieten verstärkt, wodurch ein hohes Zusatzgewicht und weitere Fertigungskosten entstehen.In aviation, for example, glued joints are additionally reinforced with rivets, which results in a high additional weight and further manufacturing costs.

Nachteilig bei den Fügeverbindungen und insbesondere bei den adhäsiven Fügeverbindungen aus dem Stand der Technik ist somit die Detektionsfähigkeit von Schädigungen und Schädigungsvorgängen insbesondere während des Betriebs des Bauteils. Besonders kritisch sind hierbei auf die Fügeverbindung einwirkende zyklische Betriebslasten. Zwar können Fügeverbindungen beispielsweise durch ein Röntgengerät untersucht werden, jedoch ist dabei die Größe der zu untersuchenden Fügeverbindung auf die Größe des Röntgengeräts beschränkt. Ferner ist mit einer derartigen Untersuchung der Zustand einer Fügeverbindung eines Bauteils, das sich im Betrieb befindet und somit dynamisch belastet wird, nicht möglich.A disadvantage of joints, and particularly of adhesive joints from the state of the art, is the inability to detect damage and damage processes, particularly during component operation. Cyclic operating loads acting on the joint are particularly critical. While joints can be examined using an X-ray machine, for example, the size of the joint to be examined is limited to the size of the X-ray machine. Furthermore, such an examination cannot determine the condition of a joint in a component that is in operation and therefore subject to dynamic loads.

Aus dem Stand der Technik sind derzeit keine oder nur unzureichende Verfahren zur Detektion von Schädigungen einer adhäsiven Fügeverbindung im dynamischen Zustand bekannt. In der Praxis werden die adhäsiv gefügten Bauteile während eines Wartungszeitpunktes auf Schäden untersucht, so dass dies der frühestmögliche Zeitpunkt ist, um eine defekte adhäsive Fügeverbindung zu erkennen. Aufgrund der bisher unzureichenden Detektionsmöglichkeiten für die Fügeverbindungen ist es erforderlich, die Inspektionsabstände so zu wählen, dass zwischen den Inspektionszeitpunkten keine kritischen Schädigungen im Bereich der Fügeverbindung auftreten können. Derartige Schädigungen können beispielsweise Risse ausserhalb oder innerhalb der Fügeverbindung sein, die jedoch erst detektierbar sind, sobald diese Schädigungen eine gewisse Dimension erreicht haben, die für eine visuelle Erkennung oder eine Erkennung beispielsweise mittels Ultraschalldetektion geeignet ist.Currently, there are no or only inadequate methods available for detecting damage to an adhesive joint in a dynamic state. In practice, the adhesively joined components are examined for damage during maintenance, so This is the earliest possible point in time to detect a defective adhesive joint. Due to the currently inadequate detection options for joints, it is necessary to select inspection intervals so that no critical damage can occur in the area of the joint between inspection times. Such damage can, for example, be cracks outside or inside the joint, which, however, are only detectable once the damage has reached a certain dimension suitable for visual detection or detection, for example, using ultrasonic detection.

Ausgehend von den beschriebenen Nachteilen der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung und insbesondere einer adhäsiven Fügeverbindung bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hybrides Bauteil mit einer Fügeverbindung bereitzustellen, wobei der Zustand der Fügeverbindung auf besonders einfache Art und Weise bestimmbar ist.Based on the described disadvantages of the methods known from the prior art, the object of the present invention is to provide a method for determining the condition of a joint, and in particular of an adhesive joint. Furthermore, the object of the present invention is to provide a hybrid component with a joint, wherein the condition of the joint can be determined in a particularly simple manner.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung.According to a first aspect, the present invention relates to a method for determining the condition of a joint.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung umfasst die folgenden Schritte:

  1. a) Bereitstellen eines ersten Bauteils mit einer ersten Fügeoberfläche und eines zweiten Bauteils mit einer zweiten Fügeoberfläche,
  2. b) Ausbilden einer Markerstruktur mit mindestens zwei voneinander unterschiedlichen Elementarten, wobei jede der unterschiedlichen Elementarten eine Mehrzahl von Einzelelementen umfasst, welche jeweils zumindest über einen Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche des ersten Bauteils ausgebildet werden und wobei die Einzelelemente von der ersten Fügeoberfläche vorstehend ausgebildet werden und sich entlang einer jeweiligen Verlaufsachse erstrecken,
  3. c) stoffschlüssiges Fügen des ersten und zweiten Bauteils durch Herstellen einer Fügeverbindung zwischen der ersten und zweiten Fügeoberfläche, wobei die Markerstruktur zumindest anteilig zwischen der ersten und zweiten Fügeoberfläche angeordnet ist,
  4. d) Erfassen mindestens eines Signals mit einer Detektionseinrichtung, wobei das Signal bei Auftreten einer Schädigung in den Einzelelementen der mindestens zwei Elementarten verändert wird,
  5. e) Auswerten des mindestens einen Signals aus Schritt d) zur Bestimmung eines Schädigungszustandes der Einzelelemente.
The method according to the invention for determining the condition of a joint comprises the following steps:
  1. a) providing a first component with a first joining surface and a second component with a second joining surface,
  2. b) forming a marker structure with at least two different element types, wherein each of the different element types comprises a plurality of individual elements, which are each formed over at least a portion of the first joining surface of the first component, and wherein the individual elements are formed protruding from the first joining surface and extend along a respective axis,
  3. c) joining the first and second components by producing a joint between the first and second joining surfaces, wherein the marker structure is arranged at least partially between the first and second joining surfaces,
  4. d) detecting at least one signal with a detection device, the signal being changed when damage occurs in the individual elements of the at least two element types,
  5. e) evaluating the at least one signal from step d) to determine a damage state of the individual elements.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein hybrides Bauteil mit einer Fügeverbindung und

  • - einem ersten Bauteil mit einer ersten Fügeoberfläche,
  • - einem zweiten Bauteil mit einer zweiten Fügeoberfläche und
  • - einer Markerstruktur mit mindestens zwei voneinander unterschiedlichen Elementarten, wobei jede der unterschiedlichen Elementarten eine Mehrzahl von Einzelelementen umfasst, welche jeweils zumindest über einen Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche des ersten Bauteils ausgebildet ist,
wobei sich die Einzelelemente von der ersten Fügeoberfläche abstehend entlang einer jeweiligen Verlaufsachse erstrecken,
wobei eine stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen der ersten und zweiten Fügeoberfläche ausgebildet ist und wobei die Markerstruktur zumindest anteilig zwischen der ersten und zweiten Fügeoberfläche angeordnet ist.According to a second aspect, the present invention further relates to a hybrid component with a joint and
  • - a first component with a first joining surface,
  • - a second component with a second joining surface and
  • - a marker structure with at least two different element types, each of the different element types comprising a plurality of individual elements, each of which is formed over at least a portion of the first joining surface of the first component,
wherein the individual elements extend from the first joining surface along a respective axis,
wherein a material-to-material joining connection is formed between the first and second joining surfaces and wherein the marker structure is arranged at least partially between the first and second joining surfaces.

Das erste Bauteil kann unterschiedlichste Geometrien aufweisen, wobei die erste Fügeoberfläche über variierende Konturen und Oberflächen verfügen kann und dabei erfindungsgemäß nicht auf eine plane Oberfläche beschränkt ist.The first component can have a wide variety of geometries, whereby the first joining surface can have varying contours and surfaces and is not limited to a flat surface according to the invention.

Ferner ist das erste Bauteil in den Dimensionen nicht beschränkt, so dass sowohl mikroskopische als auch makroskopische Bauteilgrößen für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können. Makroskopische Bauteile werden bevorzugt in der Luft- und Raumfahrt- sowie in der Automobilindustrie verwendet, so dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft für Bauteile aus diesen Sektoren geeignet ist. Das erste Bauteil kann dabei beispielsweise sowohl als eine massive Platte als auch als ein vergleichsweise dünnes Blech ausgestaltet sein und konkave wie konvexe Strukturen aufweisen. Gleiches gilt für das zweite Bauteil mit einer zweiten Fügeoberfläche.Furthermore, the first component is not limited in its dimensions, so that both microscopic and macroscopic component sizes can be used for the method according to the invention. Macroscopic components are preferably used in the aerospace and automotive industries, so the method according to the invention is particularly advantageously suited for components from these sectors. The first component can, for example, be designed either as a solid plate or as a comparatively thin sheet and can have both concave and convex structures. The same applies to the second component with a second joining surface.

Gemäß der Erfindung wird eine Markerstruktur an der ersten Fügeoberfläche des ersten Bauteils ausgebildet. Die Markerstruktur weist dabei mindestens zwei voneinander unterschiedliche Elementarten auf, wobei jede der Elementarten eine Mehrzahl von Einzelelementen umfasst. Die Einzelelemente sind dabei zumindest über einen Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche des ersten Bauteils vorstehend ausgebildet und erstrecken sich entlang einer jeweiligen Verlaufsachse. Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft nur ein Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche und nicht die gesamte erste Fügeoberfläche verwendet werden, so dass auch nur der Zustand eines Anteils der Fügeverbindung bestimmt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit der Zustand der Fügeverbindung in örtlich definierten Flächen bzw. Anteilen der Gesamtfläche bestimmt werden. Auch können die Einzelelemente in mehreren Teilflächenanteile der ersten Fügeoberfläche ausgebildet werden.According to the invention, a marker structure is formed on the first joining surface of the first component. The marker structure has at least two different element types, each of the element types comprising a plurality of individual elements. The individual elements are formed so as to protrude at least over a surface portion of the first joining surface of the first component and extend along a respective axis. Thus, with the inventive With the method according to the invention, it is particularly advantageous to use only a portion of the first joining surface and not the entire first joining surface, so that only the condition of a portion of the joining connection can be determined. The method according to the invention thus makes it possible to determine the condition of the joining connection in locally defined areas or portions of the total area. The individual elements can also be formed in several partial areas of the first joining surface.

Ein Einzelelement kann in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Stift sein, der auf einem Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche angeordnet ist und von dieser Fügeoberfläche absteht. Dabei erstreckt sich der Stift entlang seiner Verlaufsachse, so dass der Stift beispielsweise orthogonal zu der Fügeoberfläche angeordnet ist. Der Stift kann dabei als ein gerader Stift ausgebildet sein, jedoch sind auch mäander- oder hakenförmige Ausprägungsformen der Einzelelemente möglich und von dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil umfasst.In this context, an individual element can be, for example, a pin arranged on a surface portion of the first joining surface and protruding from this joining surface. The pin extends along its axis of extension, so that the pin is arranged, for example, orthogonally to the joining surface. The pin can be designed as a straight pin, but meandering or hook-shaped forms of the individual elements are also possible and encompassed by the method and the component according to the invention.

Dadurch, dass die Einzelelemente von der ersten Fügeoberfläche abstehend sich entlang der Verlaufsachse erstrecken und somit zwischen der ersten und der zweiten Fügeoberfläche ausgebildet sind, bildet die Markerstruktur ein zusätzliches lasttragendes Element innerhalb der stoffschlüssigen Fügeverbindung. Erfindungsgemäß ist die Markerstruktur bevorzugt in das die Fügeverbindung ausbildende Material eingebettet.Because the individual elements extend along the axis of the joint, projecting from the first joining surface and thus being formed between the first and second joining surfaces, the marker structure forms an additional load-bearing element within the integral joint. According to the invention, the marker structure is preferably embedded in the material forming the joint.

Mindestens zwei gleiche Einzelelemente bilden eine Elementart. Mindestens zwei voneinander unterschiedliche Elementarten bilden wiederum die erfindungsgemäße Markerstruktur aus. Die Markerstruktur weist somit mindestens vier vorstehende Einzelelemente auf, die auf der ersten Fügeoberfläche angeordnet sind, wobei die beispielsweise als Stifte ausgestalteten Einzelelemente sich dahingehend unterscheiden können, dass diese beispielsweise voneinander abweichende Durchmesser aufweisen. Mit anderen Worten: Die Markerstruktur kann massivere und feinere Stifte aufweisen, wobei die feineren Stifte beispielsweise bei einer spezifizierten ersten Last bereits strukturelle Deformationen wie etwa eine dauerhafte plastische Deformation oder sogar einen Bruch aufweisen können, wohingegen die massiveren Stifte dieser definierten ersten Last noch Stand halten können und somit keine bleibende Deformation aufweisen.At least two identical individual elements form one element type. At least two different element types, in turn, form the marker structure according to the invention. The marker structure thus has at least four protruding individual elements arranged on the first joining surface. The individual elements, designed as pins, for example, can differ in that they have different diameters, for example. In other words, the marker structure can have more massive and finer pins. The finer pins, for example, can already exhibit structural deformations such as permanent plastic deformation or even fracture under a specified first load, whereas the more massive pins can still withstand this defined first load and thus exhibit no permanent deformation.

Bei der gleichen definierten ersten Last, die auf die massiveren Stifte wie auf die feineren Stifte einwirkt, verhalten sich die massiveren Stifte aufgrund ihres beispielhaft gewählten größeren Durchmessers noch elastisch und damit unterschiedlich im Vergleich zu den feineren Stiften, bei welchen aufgrund des beispielhaften geringeren Durchmessers unter der definierten ersten Last bereits plastische Verformungen oder Brüche auftreten können. Bei der durch die Last ausgelösten Deformation eines Stifts können ferner beispielsweise akustische Signale emittiert werden.When the same defined first load is applied to the more massive pins as to the finer pins, the more massive pins, due to their larger diameter, still behave elastically and thus differently than the finer pins, which, due to their smaller diameter, can already exhibit plastic deformation or fracture under the defined first load. Furthermore, acoustic signals, for example, can be emitted when a pin deforms due to the load.

Gemäß Verfahrensschritt c) und gemäß dem erfindungsgemäßen Bauteil werden das erste und das zweite Bauteil stoffschlüssig durch das Herstellen einer Fügeverbindung zwischen der ersten und der zweiten Fügeoberfläche gefügt. Das stoffschlüssige Fügen kann dabei beispielsweise durch ein thermisches Fügeverfahren oder durch ein adhäsives Fügeverfahren, wie beispielsweise ein Klebeverfahren, erfolgen. Innerhalb der Fügeverbindung befindet sich die Markerstruktur, die an der ersten Fügeoberfläche des ersten Bauteils und somit zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil und damit wiederum zumindest teilweise zwischen der ersten und der zweiten Bauteiloberfläche angeordnet ist. Die Markerstruktur befindet sich somit zumindest anteilig innerhalb der Fügeverbindung, wobei das stoffschlüssige Fügen an die Markerstruktur angepasst werden kann. Besteht die Markerstruktur etwa aus einem Werkstoff mit vergleichsweise niedriger Schmelztemperatur, kann dementsprechend ein Fügeverfahren gewählt werden, bei dem vergleichsweise niedrige Fügetemperaturen existieren. Vergleichsweise niedrige Temperaturen existieren beispielsweise bei Klebeverfahren.According to method step c) and according to the component according to the invention, the first and second components are joined in a material-to-material bond by creating a joint between the first and second joining surfaces. The material-to-material bonding can be achieved, for example, by a thermal joining process or by an adhesive joining process, such as a bonding process. The marker structure is located within the joint and is arranged on the first joining surface of the first component and thus between the first and second components and thus, in turn, at least partially between the first and second component surfaces. The marker structure is thus located at least partially within the joint, whereby the material-to-material bonding can be adapted to the marker structure. If the marker structure consists of a material with a comparatively low melting temperature, a joining process can be selected in which comparatively low joining temperatures exist. Comparatively low temperatures exist, for example, in bonding processes.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sieht das Erfassen mindestens eines Signals mit einer Detektionsvorrichtung vor. Ferner sieht das erfindungsgemäße Bauteil gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vor, dass die Markerstruktur von einer Detektionseinrichtung detektierbar ist. Das mittels der Detektionsvorrichtung zu detektierende Signal verändert sich bei dem Auftreten einer Schädigung oder einer Deformation mindestens eines Einzelelementes oder tritt mit diesem einhergehend initial auf, so dass von dem Signal auf eine Zustandsänderung, die in der Fügeverbindung stattgefunden hat, geschlossen werden kann. Dabei kann die Zustandsänderung des Einzelelements durch ein Brechen oder ein irreversibles Verformen ausgelöst werden.The inventive method according to the first aspect of the invention provides for the detection of at least one signal with a detection device. Furthermore, the inventive component according to the second aspect of the invention provides that the marker structure is detectable by a detection device. The signal to be detected by the detection device changes upon the occurrence of damage or deformation of at least one individual element or initially occurs in conjunction with this, so that a change in state that has occurred in the joint can be inferred from the signal. The change in state of the individual element can be triggered by breakage or irreversible deformation.

Die Detektionseinrichtung, über die das Signal detektiert wird, kann als ein Detektionssystem ausgebildet sein, das beispielsweise durch Anklemmen, Aufkleben oder Anschrauben an das gefügte Bauteil bzw. in der Nähe der Fügeverbindung angebracht werden kann. Das durch die Schädigung oder Deformation des Einzelelements erzeugte Signal wird von dem Ort des Entstehens, dem Einzelelement, durch die Fügeverbindung in Richtung der Detektionseinrichtung transmittiert und anschließend von dieser erfasst. Die Detektionseinrichtung kann jedoch auch dauerhaft im Bereich der Fügeverbindung im Bereich der ersten und/oder zweiten Fügeoberfläche angeordnet, wie insbesondere eingebettet, sein.The detection device, via which the signal is detected, can be designed as a detection system that can be attached, for example, by clamping, gluing, or screwing to the joined component or near the joint. The signal generated by the damage or deformation of the individual element is transmitted from the point of origin, the individual element, through the joint towards the detection device and then detected by it. However, the detection device can also be permanently arranged, in particular embedded, in the region of the joining connection in the region of the first and/or second joining surface.

Die Detektionseinrichtung kann im Rahmen der Erfindung ein Widerstandsmessgerät, ein Röntgengerät, ein Computertomograph, ein Körperschall-Emissionen erfassendes Gerät, ein thermografisches Sensorsystem, etc. sein. Die Körperschall-Emission kann dabei ein akustisches Signal sein, das von einem beschädigten Einzelelement etwa durch einen Bruch des Einzelelements emittiert worden ist. Durch die von der Detektionseinrichtung detektierbare auftretende Schädigung in der Markerstruktur kann in vorteilhafter Weise auf den Zustand der Markerstruktur und somit auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist dabei der Umstand, dass für die Zustandserfassung weder die Fügeverbindung noch das hybride Bauteil zerstört werden müssen. Die Fügeverbindung wird somit vollends zerstörungsfrei untersucht, wodurch bei Wartungen und Inspektionen eines Bauteils Zeit und Kosten eingespart werden können. Ferner können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen hybriden Bauteil Ressourcen eingespart werden, da aufgrund der zerstörungsfreien Prüfung Erkenntnisse über den Zustand der Fügeverbindung gewonnen werden und somit frühzeitig Maßnahmen eingeleitet werden können, die einer Überlastung und/oder einem Verschleiß des Bauteils entgegenwirken. Zusätzlich sind das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße hybride Bauteil für ein sogenanntes live-monitoring, also eine Überwachung des Bauteils bzw. genauer der Fügeverbindung, während das Bauteil im Einsatz ist, geeignet.Within the scope of the invention, the detection device can be a resistance measuring device, an X-ray device, a computer tomography scanner, a device that records structure-borne sound emissions, a thermographic sensor system, etc. The structure-borne sound emission can be an acoustic signal emitted by a damaged individual element, for example, due to a fracture of the individual element. The damage occurring in the marker structure, which can be detected by the detection device, can advantageously be used to draw conclusions about the condition of the marker structure and thus the condition of the joint. A particularly advantageous feature is that neither the joint nor the hybrid component need to be destroyed for the condition detection. The joint is thus examined in a completely non-destructive manner, which can save time and money during maintenance and inspection of a component. Furthermore, the method according to the invention and the hybrid component according to the invention can save resources because non-destructive testing provides insights into the condition of the joint, allowing early action to be taken to counteract overloading and/or wear of the component. Furthermore, the method according to the invention and the hybrid component according to the invention are suitable for so-called live monitoring, i.e., monitoring the component, or more precisely, the joint, while the component is in use.

Alternativ oder zusätzlich zu einem akustischen Signal kann das Signal zur Schädigungsdetektion auch in Form eines Widerstands bzw. einer Widerstandsänderung vorliegen, welche mit der Detektionsvorrichtung detektierbar ist. Ändert sich etwa der Widerstand des gefügten Bauteils aufgrund des Auftretens einer Deformation oder Schädigung eines Einzelelements, kann von dem geänderten Widerstand auf den Zustand der Markerstruktur bzw. der Fügeverbindung bzw. auf den Zustand des gefügten Bauteils geschlossen werden.Alternatively or in addition to an acoustic signal, the signal for damage detection can also be in the form of a resistance or a change in resistance, which can be detected with the detection device. If, for example, the resistance of the joined component changes due to the occurrence of deformation or damage to an individual element, the changed resistance can be used to determine the condition of the marker structure or the joint connection, or the condition of the joined component.

Ferner kann das detektierbare Signal mit dem Zeitpunkt des Schädigungs- oder Deformationsereignisses korreliert werden, so dass in vorteilhafter Weise von dem Signal auf einen Zustand und auf einen zeitlichen Zustandsänderungsverlauf der Fügeverbindung geschlossen werden kann. Selbstverständlich kann das detektierbare Signal nicht nur an einem einzelnen Einzelelement auftreten, sondern auch an mehreren Einzelelementen an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Fügeverbindung.Furthermore, the detectable signal can be correlated with the time of the damage or deformation event, so that the signal can advantageously be used to infer the state and the temporal change in state of the joint. Of course, the detectable signal can occur not only at a single individual element, but also at multiple individual elements at different positions within the joint.

Das mindestens eine Signal wird zur Bestimmung eines Schädigungszustandes der Einzelelemente ausgewertet. Anhand der Auswertung können Position und Art der Schädigung der Fügeverbindung abgeleitet werden. Dabei wird von der Position, an der das Signal erzeugt wird, auf die Position der Zustandsänderung und von mehreren zeitlich versetzten Signalen auf einen zeitlichen Zustandsänderungsverlauf der Fügeverbindung geschlossen.At least one signal is evaluated to determine the damage status of the individual elements. Based on the evaluation, the position and type of damage to the joint can be derived. The position of the state change is determined from the position at which the signal is generated, and a temporal change in the state of the joint is determined from several temporally offset signals.

Anhand der Auswertung der Schädigungssignale von örtlich aufgelösten Bereichen der Fügeverbindung ist es möglich, eine Prognose des Bauteils bzw. der Fügeverbindung in Bezug auf eine Restlebensdauer oder auf eine Wartungsnotwendigkeit abzuleiten. Somit kann durch die Bestimmung des Schädigungszustandes der Einzelelemente oder eines einzelnen Einzelelements auf den Schädigungszustand der Fügeverbindung geschlossen werden, wobei der Schädigungszustand der Fügeverbindung zeitlich und örtlich aufgelöst bestimmbar ist.By evaluating the damage signals from spatially resolved areas of the joint, it is possible to derive a prognosis for the component or joint in terms of its remaining service life or the need for maintenance. Thus, by determining the damage state of the individual elements or a single element, the damage state of the joint can be deduced, whereby the damage state of the joint can be determined with temporal and spatial resolution.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es zudem möglich, eine Vorhersage in Bezug auf einen oder mehrere zukünftige Schädigungszustände eines Einzelelements zu treffen. Ein Einzelelement kann ein Signal emittieren, ohne bereits geschädigt zu sein. In diesem Fall kann das Signal etwa ein elektrischer Widerstand sein. Dieses Signal kann durch eine unkritische elastische oder plastische Verformung eines Einzelelements emittiert und anschließend von der Signaleinrichtung erfasst werden. Erreicht die elastische Verformung anschließend einen kritischen Wert, so ändert sich auch das emittierte Signal. Somit kann auch von einem zunächst unkritischen Signal auf ein potenziell zukünftiges kritisches Signal und auf einen potenziell zukünftigen Schädigungszustand des Einzelelements bzw. der Fügeverbindung geschlossen werden. Auch wird es hierdurch durch das erfindungsgemäße Detektionsverfahren möglich, lokal aufgelöst auftretende elastische Verformungen in der Fügeverbindung zu detektieren.The method according to the invention also makes it possible to make a prediction regarding one or more future damage states of an individual element. An individual element can emit a signal without already being damaged. In this case, the signal can be an electrical resistance, for example. This signal can be emitted by a non-critical elastic or plastic deformation of an individual element and subsequently detected by the signaling device. If the elastic deformation subsequently reaches a critical value, the emitted signal also changes. Thus, even from an initially non-critical signal, conclusions can be drawn about a potentially future critical signal and a potentially future damage state of the individual element or the joint. The detection method according to the invention also makes it possible to detect locally resolved elastic deformations in the joint.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf besonders einfache Art und Weise der Schädigungszustand eines Einzelelements und damit der Schädigungszustand einer Fügeverbindung bestimmt werden. Dabei kann der Zustand der Fügeverbindung sowohl während der Belastung eines Bauteils als auch im unbelasteten Ruhezustand, beispielsweise während einer Wartung, bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit den Vorteil, dass einerseits ein überwachendes Verfahren für Fügeverbindungen bereitgestellt wird. Andererseits können Wartungsarbeiten an Fügeverbindungen in vorteilhafter Weise verringert werden, da diesen mit der Information über den Zustand der Fügeverbindung entgegengesteuert werden kann, etwa durch ein Anpassen der Belastung an die Fügeverbindung bzw. an das Bauteil. Gleichzeitig stellt das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ein zerstörungsfreies Verfahren dar. Das erfindungsgemäße Wartungsverfahren kann auch dazu eingesetzt werden, in Abhängigkeit von auftretenden Verformungen und/oder Schädigungen im Bereich der Fügeverbindung vorausschauend Wartungsmaßnahmen zu veranlassen.The method according to the invention allows the damage state of an individual element and thus the damage state of a joint to be determined in a particularly simple manner. The condition of the joint can be determined both during loading of a component and in the unloaded resting state, for example during maintenance. The method according to the invention thus offers the advantage of providing a monitoring method for joints. On the other hand, maintenance work at joints can be advantageously reduced, since these can be counteracted with information about the condition of the joint, for example by adapting the load to the joint or to the component. At the same time, the method according to the invention advantageously represents a non-destructive method. The maintenance method according to the invention can also be used to initiate proactive maintenance measures depending on deformations and/or damage that occur in the area of the joint.

Vorzugsweise ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, der das erfindungsgemäße Verfahren betrifft, und gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, der das erfindungsgemäße hybride Bauteil betrifft, vorgesehen, dass das erste Bauteil als ein metallisches Bauteil bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das erste Bauteil aus Titan oder Aluminium gefertigt sein, wobei das metallische Bauteil auch aus einer metallischen Legierung wie Stahl, Messing, Duraluminium bestehen kann. Durch das Bereitstellen eines metallischen Bauteils können das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Bauteil besonders vorteilhaft für eine Vielzahl von Anwendungsfällen verwendet werden.Preferably, according to the first aspect of the invention, which relates to the method according to the invention, and according to the second aspect of the invention, which relates to the hybrid component according to the invention, the first component is provided as a metallic component. For example, the first component can be made of titanium or aluminum, although the metallic component can also consist of a metallic alloy such as steel, brass, or duralumin. By providing a metallic component, the method according to the invention and the component according to the invention can be used particularly advantageously for a variety of applications.

In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Bauteil als ein Faserverbund-Bauteil, bevorzugt als ein Faserverbundkunststoff-Bauteil, bereitgestellt wird. Faserverbund- und Faserverbundkunststoff-Bauteile weisen eine hohe Anwendungstiefe in der wirtschaftlichen Verarbeitung der heutigen Industrie auf. Ein derartiges Faserverbundbauteil kann beispielsweise aus einem Glasfaser- oder Kohlefaserverbund mit einer duromeren oder thermoplastischen Matrix bestehen. Die Materialauswahl richtet sich dabei nach den technischen Anforderungen der Anwendung, den Kostenspielraum und ggf. nach Limitierungen bei der Fertigungsmöglichkeit. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Faserverbundbauteil als zweitem Bauteil kann dieses besonders vorteilhaft mit einem Fügeverfahren kombiniert werden, bei dem das erste und das zweite Bauteil pressend gefügt werden. Derartige Verfahren werden etwa in Bereichen der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet.In a preferred embodiment according to the first and second aspects of the present invention, the second component is provided as a fiber composite component, preferably as a fiber composite plastic component. Fiber composite and fiber composite plastic components have a high degree of application depth in the economical processing of today's industry. Such a fiber composite component can, for example, consist of a glass fiber or carbon fiber composite with a thermoset or thermoplastic matrix. The choice of material depends on the technical requirements of the application, the cost flexibility, and any limitations in manufacturing options. By using the method according to the invention with a fiber composite component as the second component, this can be particularly advantageously combined with a joining method in which the first and second components are joined by pressing. Such methods are used, for example, in the automotive and aviation industries.

Bevorzugt ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass im Schritt c) bei dem stoffschlüssigen Fügen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil zumindest ein Anteil der Markerstruktur in das zweite Bauteil im Bereich der zweiten Fügeoberfläche eindringt und in dem zweiten Bauteil eingebettet wird.According to the first aspect of the invention, it is preferably provided that in step c) during the material-to-material joining of the first component to the second component, at least a portion of the marker structure penetrates into the second component in the region of the second joining surface and is embedded in the second component.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest ein Anteil der Markerstruktur in das zweite Bauteil im Bereich der zweiten Fügeoberfläche eindringt.According to the second aspect of the invention, it is preferably provided that at least a portion of the marker structure penetrates into the second component in the region of the second joining surface.

Das Eindringen und Einbetten der Markerstruktur in das zweite Bauteil kann durch einen mittels einer Maschine aufgebrachten externen Druck erfolgen, so dass die resultierende Fügeverbindung über eine besonders starke Festigkeit verfügt. Beispielsweise kann ein metallisches erstes Bauteil mit einem aus einem Faserverbundkunststoff bestehenden zweiten Bauteil über ein Heißpressverfahren gefügt werden, wobei während des Heißpressens ein Anteil der auf dem metallischen Bauteil aufgebrachten Markerstruktur in das Faserverbundkunststoff-Bauteil eindringt. Die somit erzeugte hybride Verbindung weist eine besonders starke Festigkeit auf.The marker structure can be penetrated and embedded into the second component by external pressure applied by a machine, resulting in a particularly strong joint. For example, a first metallic component can be joined to a second component made of fiber-reinforced plastic using a hot-pressing process, with a portion of the marker structure applied to the metallic component penetrating the fiber-reinforced plastic component during the hot-pressing process. The resulting hybrid joint exhibits particularly strong strength.

Vorzugsweise ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass in Schritt d) das Erfassen des mindestens einen Signals mit der Detektionsvorrichtung erfolgt, wobei das Signal bei Auftreten einer Schädigung eines Teils des Faserverbundkunststoff-Bauteils verändert wird.Preferably, according to the first aspect of the invention, it is provided that in step d) the detection of the at least one signal is carried out with the detection device, wherein the signal is changed when damage to a part of the fiber-reinforced plastic component occurs.

Durch das Einbetten der Markerstruktur kann das zu erfassende Signal zusätzlich oder alternativ beispielsweise von einer geschädigten Faser eines Faserverbundkunststoff-Bauteils verändert werden. Dabei kann das Signal auch verändert werden, ohne dass eine Schädigung eines Einzelelements der Markerstruktur auftritt, wobei die gemäß Verfahrensschritt e) durchgeführte Auswertung des mindestens einen Signals dahingehend erfolgen kann, dass beispielsweise der Schädigungszustand einer das Einzelelement umgebenden und geschädigten Faser des Faserverbundkunststoffs bestimmt wird. Somit kann bereits von einer geschädigten Faser auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit in vorteilhafter Weise bei vergleichsweise geringen Schädigungen den Zustand der Fügeverbindung bestimmenBy embedding the marker structure, the signal to be detected can be additionally or alternatively modified, for example, by a damaged fiber of a fiber-reinforced plastic component. The signal can also be modified without damage to an individual element of the marker structure occurring, whereby the evaluation of the at least one signal carried out according to method step e) can be carried out in such a way that, for example, the damage state of a damaged fiber of the fiber-reinforced plastic surrounding the individual element is determined. Thus, the condition of the joint can be deduced from a damaged fiber alone. The method according to the invention can thus advantageously determine the condition of the joint even with comparatively minor damage.

Ferner wird durch das Einbetten der Markerstruktur eine Verschiebung von der Markerstruktur in Relation zum zweiten Bauteil in wenigstens einer Raumrichtung erschwert, so dass die Fügeverbindung in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Stabilität aufweist.Furthermore, the embedding of the marker structure makes it more difficult for the marker structure to shift relative to the second component in at least one spatial direction, so that the joint advantageously has additional stability.

Vorzugsweise ist gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Einzelelemente derartig ausgebildet sind, dass sie mindestens eines der Merkmale ausgewählt aus der nachfolgenden Gruppe aufweisen.Preferably, according to the first aspect of the present invention, the individual elements are designed such that they have at least one of the features selected from the following group.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Einzelelemente vorzugsweise mindestens eines der Kriterien der folgenden Gruppe auf:

  • 1) Die Einzelelemente weisen orthogonal zu der Verlaufsachse eine definierte Querschnittsform auf;
  • 2) Die Einzelelemente weisen in einer Ebene orthogonal zu der Verlaufsachse entlang der Verlaufsachse eine variierende Abmessung und /oder Querschnittsform auf;
  • 3) Die Einzelelemente weisen eine Verlaufsachse auf, welche einen definierten Winkel im Bereich von 30° bis 90° zwischen der Verlaufsachse und der ersten Fügeoberfläche bzw. relativ zu einer Tangente in dem Schnittpunkt des Einzelelementes mit der ersten Fügeoberfläche einschließt;
  • 4) Die Einzelelemente sind entlang der ersten Fügeoberfläche in ungleichen Abständen zueinander angeordnet;
  • 5) Die Einzelelemente bestehen aus einem definierten metallischen Werkstoff und/oder einer definierten metallischen Legierung;
  • 6) Die unterschiedlichen Einzelelemente weisen orthogonal zu der Verlaufsachse unterschiedliche Abmessungen und/oder Querschnittsformen auf.
According to the second aspect of the present invention, the individual elements preferably have at least one of the criteria of the following group:
  • 1) The individual elements have a defined cross-sectional shape orthogonal to the axis of travel;
  • 2) The individual elements have a varying dimension and/or cross-sectional shape in a plane orthogonal to the axis of travel along the axis of travel;
  • 3) The individual elements have a course axis which encloses a defined angle in the range of 30° to 90° between the course axis and the first joining surface or relative to a tangent at the intersection point of the individual element with the first joining surface;
  • 4) The individual elements are arranged at unequal distances from each other along the first joining surface;
  • 5) The individual elements consist of a defined metallic material and/or a defined metallic alloy;
  • 6) The different individual elements have different dimensions and/or cross-sectional shapes orthogonal to the axis.

Erfindungsgemäß können die Einzelelemente somit eine Vielzahl von unterschiedlichen geometrischen Formen aufweisen. Ein Einzelelement, das orthogonal zu der Verlaufsachse eine definierte Querschnittsform aufweist, kann beispielsweise ein Stift, ein Pin, eine Säule oder als eine stabähnliche Ausprägung ausgebildet sein.According to the invention, the individual elements can thus have a variety of different geometric shapes. An individual element that has a defined cross-sectional shape orthogonal to the axis of travel can, for example, be designed as a pin, a column, or as a rod-like feature.

Ein Einzelelement, das entlang der Verlaufsachse eine variierende Abmessung aufweist, kann ein Stift sein, der in einem Mittelbereich einen größeren Durchmesser aufweist als in dem Bereich, der der Fügeoberfläche nahe ist und im Vergleich zu dem Bereich der Fügeoberfläche abgewandt ist. Mit anderen Worten: Der Stift kann in einer beispielhaften Ausführungsform eine bauchige Charakteristik aufweisen. Ebenso ist die Ausgestaltung des Einzelelements als ein mehrere Zacken aufweisender Stift möglich, wobei die Zacken des Stiftes annähernd parallel zur Fügeoberfläche ausgebildet werden können. Die Zacken des Stiftes fungieren bei dieser Ausprägungsform als Widerstandselemente, die an dem Stift angeordnet sind. Durch eine derartige Ausgestaltungsform des Einzelelements lässt sich dieses nur unter erhöhtem Kraftaufwand aus der Fügeverbindung lösen. Dies bewirkt, dass das Einzelelement nicht aufgrund von Delamination bzw. Enthaftung gegenüber dem Material der Fügeverbindung einfach aus diesem herausgezogen werden kann aufgrund einer mangelnden Anbindung.An individual element that has a varying dimension along the axis of travel can be a pin that has a larger diameter in a central region than in the region that is close to the joining surface and facing away from the region of the joining surface. In other words: in one exemplary embodiment, the pin can have a bulbous characteristic. Likewise, the design of the individual element as a pin with multiple prongs is possible, wherein the prongs of the pin can be formed approximately parallel to the joining surface. In this embodiment, the prongs of the pin function as resistance elements arranged on the pin. With such a design of the individual element, it can only be released from the joining connection with increased force. This means that the individual element cannot be easily pulled out of the joining connection due to delamination or debonding to the material of the joining connection due to a lack of bond.

Schließen die Verlaufsachse und die erste Fügeoberfläche einen Winkel im Bereich von 30°-90° ein, so können die Einzelelemente auch geneigt an der Fügeoberfläche angeordnet sein. Dabei müssen nicht alle Einzelelemente den gleichen definierten Winkel aufweisen, so dass Einzelelemente mit unterschiedlichen Neigungen an der ersten Fügeoberfläche angeordnet sein können. Die um einen Winkel angeordneten Einzelelemente können besonders vorteilhaft in Richtung einer zu erwartenden Last oder explizit entgegen einer zu erwartenden Last ausgerichtet werden. Ein Signal, dass von einem derartig geneigten Einzelelement emittiert wird, kann besonders vorteilhaft von der Detektionseinrichtung erfasst werden. Durch derartig explizit auf einen Anwendungsfall ausgerichtete Einzelelemente kann die Zustandsänderung der Fügeverbindung besonders genau bestimmt werden.If the axis of travel and the first joining surface form an angle in the range of 30°-90°, the individual elements can also be arranged at an angle on the joining surface. Not all individual elements need to have the same defined angle, so that individual elements can be arranged at different inclinations on the first joining surface. The individual elements arranged at an angle can be particularly advantageously aligned in the direction of an expected load or explicitly against an expected load. A signal emitted by an individual element inclined in this way can be particularly advantageously detected by the detection device. By means of individual elements that are explicitly aligned to an application in this way, the change in state of the joint can be determined particularly precisely.

Sind die Einzelelemente entlang der ersten Fügeoberfläche in ungleichen Abständen zueinander angeordnet, so können Einzelelemente an einem Ort einer erhöhten Belastung in einer höheren Dichte angeordnet werden als an einem Ort mit einer geringeren Belastung. Durch eine Anordnung der Einzelelemente mit ungleichen Abständen kann das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend auf eine Bauteilgeometrie und/oder einen erwarteten Lastfall angepasst angewandt werden. Entsprechend der Geometrie des Bauteils können an Orten höherer lokaler Belastung beispielsweise mehr Einzelelemente angeordnet werden und an Orten mit einer geringeren Belastung können hingegen weniger Einzelelemente angeordnet werden, so dass die Anordnung der Einzelelemente entlang der ersten Fügeoberfläche in ungleichen Abständen zueinander erfolgt.If the individual elements are arranged at unequal distances from one another along the first joining surface, individual elements can be arranged at a higher density at a location with increased loading than at a location with lower loading. By arranging the individual elements at unequal distances, the method according to the invention can be adapted accordingly to a component geometry and/or an expected load case. Depending on the geometry of the component, for example, more individual elements can be arranged at locations with higher local loading, and fewer individual elements can be arranged at locations with lower loading, so that the individual elements are arranged at unequal distances from one another along the first joining surface.

Ferner können die Einzelelemente aus einem definierten metallischen Werkstoff und/oder einer definierten metallischen Legierung und/oder auch aus einem keramischen Werkstoff und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Kompositwerkstoff bestehen. Selbstverständlich können auch nicht nur die Einzelelemente, sondern auch die Elementarten jeweils aus unterschiedlichen Werkstoffklassen bestehen. Durch eine derartige Ausgestaltung der Einzelelemente kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise an unterschiedliche statische und dynamische Belastungsfälle und an den jeweiligen Anwendungsfall der Fügeverbindung angepasst werden.Furthermore, the individual elements can consist of a defined metallic material and/or a defined metallic alloy and/or a ceramic material and/or a plastic and/or a composite material. Of course, not only the individual elements, but also the element types can be made of different material classes. By configuring the individual elements in this way, the method according to the invention can be advantageously adapted to different static and dynamic loading cases and to the respective application of the joint.

Weisen die unterschiedlichen Einzelelemente orthogonal zu der Verlaufsachse unterschiedliche Abmessungen und/oder Querschnittsformen auf, so können die Einzelelemente an die Bauteilgeometrie und die örtlich unterschiedlichen Belastungen der Fügeverbindung angepasst werden. Ferner emittieren die unterschiedlichen Einzelelemente unterschiedliche Signale, so dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders zugeschnitten auf den Anwendungsfall angewandt werden kann. If the different individual elements orthogonal to the axis have different dimensions and/or cross-sectional shapes, the individual elements can be adapted to the component geometry and the locally varying loads of the joint. Furthermore, the different individual elements emit different signals, so that the method according to the invention can be tailored specifically to the application.

Vorzugsweise ist gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass im Schritt b) die Einzelelemente zu einem Gitter und/oder einer Schlaufe verbunden werden und/oder die Einzelelemente in Form einer Säule und/oder eines Stiftes und/oder eines Stiftes mit einer Halbkugel und/oder einer Kugel und/oder mit mindestens einem Widerhaken und/oder ein zu der Verlaufsachse seitlich abstehendem Verankerungselement ausgebildet werden.Preferably, according to the first aspect of the present invention, it is provided that in step b) the individual elements are connected to form a grid and/or a loop and/or the individual elements are formed in the form of a column and/or a pin and/or a pin with a hemisphere and/or a sphere and/or with at least one barb and/or an anchoring element projecting laterally to the axis of travel.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das hybride Bauteil bevorzugt Einzelelemente aufweist, wobei die Einzelelemente zu einem Gitter und/oder einer Schlaufe verbunden sind und/oder die Form einer Säule und/oder eines Stiftes und/oder eines Stiftes mit einer Halbkugel und/oder Kugel und/oder mit mindestens einem Widerhaken und/oder ein zu der Verlaufsachse seitlich abstehendes Verankerungselement aufweisen.According to the second aspect of the present invention, it is provided that the hybrid component preferably comprises individual elements, wherein the individual elements are connected to form a grid and/or a loop and/or have the shape of a column and/or a pin and/or a pin with a hemisphere and/or sphere and/or with at least one barb and/or an anchoring element projecting laterally to the axis of extension.

Sind die Einzelelemente zu einem Gitter und/oder einer Schlaufe verbunden, so können mindestens zwei Einzelelemente bereits ein Gitter und/oder eine Schlaufe ausbilden. Es können jedoch auch mehr als zwei Einzelelemente oder alle Einzelelemente einer Elementart zu einem Gitter verbunden werden bzw. eine Schlaufe mit vielen Schlaufenelementen bilden. Durch das Verbinden mehrerer Einzelelemente zu einem Gitter und/oder Schlaufe wird eine größere Fläche der ersten Fügeoberfläche mit zusammenhängenden Einzelelementen abgedeckt, so dass in vorteilhafter Weise von dem Gitter und/oder der Schlaufe auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann den Zustand in Bezug auf einen Bereich, der von dem Gitter bzw. von der Schlaufe abgedeckt wird, bestimmen, anstatt auf einen einzelnen Punkt bezogen. Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Einzelelemente zu einem Gitter oder einer Schlaufe verbunden sind, kann somit vorteilhaft bei großen Bauteilen verwendet werden.If the individual elements are connected to form a grid and/or a loop, at least two individual elements can already form a grid and/or a loop. However, more than two individual elements or all individual elements of one element type can be connected to form a grid or a loop with many loop elements. By connecting several individual elements to form a grid and/or loop, a larger area of the first joining surface is covered with connected individual elements, so that the condition of the joint can advantageously be deduced from the grid and/or the loop. The method according to the invention can then determine the condition with respect to an area covered by the grid or loop, rather than with respect to a single point. The method according to the invention, in which the individual elements are connected to form a grid or loop, can thus advantageously be used for large components.

Das als Säule ausgebildete Einzelelement weist dabei eine Form auf, bei der die sich in der Verlaufsrichtung erstreckenden Länge der Säule länger ist als eine Breite der Säule, die einem Durchmesser der Säule entspricht. Die Säule kann dabei einen elliptischen Querschnitt und kann eine annähernd plane Deckfläche aufweisen. Das Einzelelement kann jedoch auch aus Säulenelementen bestehen, wobei der Durchmesser der Säule größer ist als die Länge der Säule.The individual element designed as a column has a shape in which the length of the column extending in the direction of travel is longer than a width of the column, which corresponds to a diameter of the column. The column can have an elliptical cross-section and can have an approximately flat top surface. However, the individual element can also consist of column elements, with the diameter of the column being greater than the length of the column.

Das als Stift ausgebildete Einzelelement weist grundsätzlich eine vergleichbare Form einer Säule auf, verfügt jedoch über einen vergleichsweise deutlich schmaleren Querschnitt und kann über eine zugespitzte Deckfläche verfügen. Aufgrund des schmaleren Querschnitts des Stiftes im Vergleich zur Säule wird dieser bereits unter geringeren Belastungseinflüssen plastisch verformt im Vergleich zur Säule. Sowohl die Säule als auch der Stift können über eine spitze Deckfläche verfügen, wobei die Spitze bevorzugt durch die Verlaufsachse von Stift und Säule verläuft. Säule und Stift weisen dabei eine Mantelfläche auf, die über keine weiteren strukturellen Ausprägungen verfügt, so dass sowohl die Säule als auch der Stift unter vergleichsweise geringem Widerstand in das zweite Bauteil, das aus einem Faserverbundbauteil besteht, eindringen können.The individual element designed as a pin basically has a similar shape to a column, but has a comparatively much narrower cross-section and can have a pointed top surface. Due to the narrower cross-section of the pin compared to the column, it is plastically deformed under lower load influences than the column. Both the column and the pin can have a pointed top surface, with the tip preferably running through the axis of the pin and column. The column and pin have a shell surface that has no further structural features, so that both the column and the pin can penetrate the second component, which consists of a fiber composite component, with comparatively little resistance.

Verfügen der Stift und/oder die Säule über eine Halbkugel, so kann diese an der Deckfläche oder in einem oberen Bereich des Stiftes ausgebildet sein. Dabei kann die plane Grundfläche der Halbkugel parallel zur ersten Fügeoberfläche des ersten Bauteils angeordnet sein. Mit anderen Worten: Die Halbkugel kann auf dem Stift angeordnet sein. Ferner kann die Halbkugel in einem mittleren Bereich oder in einem oberen Bereich oder an dem der Fügeoberfläche abgewandten Ende des Stiftes angeordnet sein. Durch die an dem Stift angeordnete Halbkugel verfügt der Stift über eine Art Verankerungselement, so dass der Stift mit der Halbkugel nach einem Eindringen in das zweite Bauteil während des Fügeverfahrens nur mit einem erhöhten Kraftaufwand wieder gelöst werden kann, im Vergleich zu einem Einzelelement ohne Halbkugel. Die Fügeverbindung, die über ein derartig ausgestaltetes Einzelelement verfügt, weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Festigkeit und Schadenstoleranz der Fügeverbindung weiter erhöht werden kann. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass das Auftreten einer Schädigung in der Fügeverbindung ebenfalls zu einer Schädigung in den ausgebildeten Einzelelementen führt.If the pin and/or the column have a hemisphere, this can be formed on the top surface or in an upper region of the pin. The flat base of the hemisphere can be arranged parallel to the first joining surface of the first component. In other words, the hemisphere can be arranged on the pin. Furthermore, the hemisphere can be arranged in a central region or in an upper region or at the end of the pin facing away from the joining surface. Due to the hemisphere arranged on the pin, the pin has a type of anchoring element so that the pin with the hemisphere can only be released again with increased force after penetrating the second component during the joining process, compared to a single element without a hemisphere. The joining connection that has an individual element designed in this way has the additional advantage that the strength and damage tolerance of the joining connection can be further increased. In addition, it is ensured that the occurrence of damage in the joint also leads to damage in the formed individual elements.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Stift eine Kugel aufweist, wobei der Mittelpunkt der Kugel durch die Verlaufsachse des Stiftes verläuft. Selbstverständlich wird der Widerstand, der zum Lösen der Fügeverbindung überwunden werden muss, maßgeblich von der Größe der Kugel beeinflusst.Another design provides for the pin to have a ball, with the center of the ball running through the pin's axis. Naturally, the resistance that must be overcome to release the joint is significantly influenced by the size of the ball.

Um den Widerstand zum Lösen der Einzelelemente zu steigern, kann ferner vorgesehen sein, dass mindestens ein Widerhaken an dem Stift ausgebildet ist. Dabei kann der Widerhaken von dem Ende des Einzelelements in Richtung der ersten Fügeoberfläche spitz zulaufend ausgebildet sein, so dass der Widerhaken einen besonders starken Widerstand gegen das Lösen des Einzelelementes bereitstellt.In order to increase the resistance to releasing the individual elements, at least one barb can be formed on the pin. The barb can be The end of the individual element should be tapered towards the first joining surface so that the barb provides particularly strong resistance to the loosening of the individual element.

Es kann auch vorgesehen sein, dass an dem Einzelelement ein zu der Verlaufsachse seitlich abstehendes Verankerungselement ausgebildet ist, wobei dieses Verankerungselement beispielsweise als ein Widerhaken oder eine Kombination aus mehreren Widerhaken oder Aneinanderreihung von Widerhaken ausgebildet sein kann. Ferner kann das Verankerungselement auch eine deutlich komplexere Struktur als ein Widerhaken aufweisen.It can also be provided that an anchoring element protruding laterally from the axis of travel is formed on the individual element. This anchoring element can be designed, for example, as a barb or a combination of several barbs or a series of barbs. Furthermore, the anchoring element can also have a significantly more complex structure than a barb.

Durch die unterschiedlichen Ausprägungsformen der Einzelelemente kann die Stabilität der Anbindung der Einzelelemente in dem Material der Fügeverbindung vorteilhaft beeinflusst werden. Ferner kann durch die Ausgestaltung des Einzelelements das Signal, das beim Auftreten einer Schädigung an dem Einzelelement hervorgerufen wird, beeinflusst werden. Beispielsweise unterscheidet sich das Signal eines beschädigten Stiftes deutlich von dem Signal eines beschädigten Gitters. Somit kann in vorteilhafter Weise von dem Signal auf die Art des geschädigten Einzelelements geschlossen werden. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Arten von Einzelelementen in einer Fügeverbindung kombiniert werden. Durch die unterschiedlichen Ausgestaltungsformen der Einzelelemente kann das erfindungsgemäße Verfahren somit besonders vorteilhaft flexibel ausgestaltet werden.The different configurations of the individual elements can advantageously influence the stability of the connection between the individual elements and the material of the joint. Furthermore, the design of the individual element can influence the signal generated when damage occurs to the individual element. For example, the signal from a damaged pin differs significantly from the signal from a damaged grid. This advantageously allows conclusions to be drawn about the type of damaged individual element from the signal. Of course, different types of individual elements can also be combined in a joint. The different configurations of the individual elements thus allow the method according to the invention to be designed in a particularly flexible manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass im Schritt b) das Ausbilden der Markerstruktur mindestens teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren an der ersten Fügeoberfläche erfolgt. Die Markerstruktur, insbesondere die Einzelelemente, können dabei beispielsweise mittels 3D-Druck, Feingießen, Elektronenstrahlschmelzen, durch ein spanhebendes Verfahren oder durch ein additives oder subtraktives Laserverfahren hergestellt werden. Die Markerstruktur kann somit angepasst an den Werkstoff des ersten Bauteils an der ersten Fügeoberfläche über unterschiedliche Verfahren hergestellt werden. Durch die optional mindestens teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren ausgebildete Markerstruktur kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft eine Vielzahl von Werkstoffen verwenden und Markerstrukturen mit Hinterschneidungen und Durchdringungen wie internen Kanälen nutzen.In a preferred embodiment of the first aspect of the invention, it is provided that in step b) the formation of the marker structure takes place at least partially by an additive manufacturing process on the first joining surface. The marker structure, in particular the individual elements, can be produced, for example, by means of 3D printing, investment casting, electron beam melting, a machining process, or an additive or subtractive laser process. The marker structure can thus be produced on the first joining surface using different processes, adapted to the material of the first component. Due to the marker structure optionally formed at least partially by an additive manufacturing process, the method according to the invention can particularly advantageously use a variety of materials and utilize marker structures with undercuts and penetrations such as internal channels.

Vorzugsweise ist gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass im Schritt c) das erste Bauteil und das zweite Bauteil über ein thermisches Fügeverfahren und/oder ein adhäsives Fügeverfahren stoffschlüssig gefügt werden. Das adhäsive Verfahren bietet den Vorteil, dass nahezu alle Werkstoffklassen in beliebigen Kombinationen langzeitbeständig miteinander verbunden werden können. Das adhäsive Fügeverfahren kann beispielsweise ein Klebeverfahren sein. Ferner werden die Werkstoffeigenschaften des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils nahezu erhalten, da keine thermische bzw. nur eine sehr geringe oder kurzfristige thermische Energie, die das Gefüge der zu fügenden Werkstoffe beeinflusst, während des adhäsiven Fügeverfahrens in die Bauteile eingebracht wird. Zudem ist es möglich, über ein adhäsives Fügeverfahren Eigenschaften in die Fügeverbindung zu integrieren, die über die eigentliche Verbindung des ersten und des zweiten Bauteils hinausgehen. Beispielsweise kann über eine adhäsive Fügeverbindung zusätzlich eine Isolation, eine Abdichtung gegen Gase und Flüssigkeiten, eine Schwingungsdämpfung, ein Korrosionsschutz oder ein Ausgleich unterschiedlicher Fügeteildynamiken erreicht werden. Ferner kann das adhäsive Fügeverfahren an die Markerstruktur angepasst sein.According to the first aspect of the present invention, it is preferably provided that in step c) the first component and the second component are joined in a material-to-material bond using a thermal joining process and/or an adhesive joining process. The adhesive process offers the advantage that almost all material classes can be joined together in any combination in a long-term, durable manner. The adhesive joining process can, for example, be an adhesive bonding process. Furthermore, the material properties of the first component and the second component are almost completely retained, since no thermal energy, or only very low or short-term thermal energy, which influences the structure of the materials to be joined, is introduced into the components during the adhesive joining process. Furthermore, it is possible to integrate properties into the joint connection using an adhesive joining process that go beyond the actual connection of the first and second components. For example, an adhesive joining connection can also provide insulation, sealing against gases and liquids, vibration damping, corrosion protection, or compensation for different joining part dynamics. Furthermore, the adhesive joining process can be adapted to the marker structure.

Alternativ oder zusätzlich können das erste und das zweite Bauteil über ein thermisches Fügeverfahren gefügt werden. Dabei ist zwischen lokalen und globalen thermischen Fügeverfahren zu unterscheiden. Bei einem globalen Fügeverfahren wird die gesamte Bauteilgruppe, bestehend aus mindestens dem ersten und dem zweiten Bauteil, erwärmt. Bei dem lokalen thermischen Fügeverfahren wird an der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil thermische Energie eingebracht. Im Rahmen der Erfindung verwendete thermische Fügeverfahren können beispielsweise Ultraschallschweißen, Lichtbogenschweißen, Strahlschweissen, Elektronenstrahlschweißen, Löten oder spannungsarmes Glühen sein, wobei das thermische Fügeverfahren an die Markerstruktur angepasst sein kann. Durch ein thermisches Fügeverfahren werden das erste und zweite Bauteil vorteilhaft besonders stabil miteinander gefügt.Alternatively or additionally, the first and second components can be joined using a thermal joining process. A distinction must be made between local and global thermal joining processes. In a global joining process, the entire component group, consisting of at least the first and second components, is heated. In the local thermal joining process, thermal energy is introduced at the interface between the first and second components. Thermal joining processes used within the scope of the invention can be, for example, ultrasonic welding, arc welding, beam welding, electron beam welding, soldering or stress-relieving annealing, whereby the thermal joining process can be adapted to the marker structure. Using a thermal joining process, the first and second components are advantageously joined to one another in a particularly stable manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass im Schritt d) die Detektionseinrichtung mindestens ein elektrisches und/oder ein elektromagnetisches und/oder ein akustisches Signal erfasst. Das elektrische Signal kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand sein, der über eine als ein Widerstandsmessgerät ausgestaltete Detektionsvorrichtung erfasst wird. Der elektrische Widerstand der Fügeverbindung mit unbeschädigten Einzelelementen bzw. einer unbeschädigten Struktur unterscheidet sich von dem Widerstand der gleichen Fügeverbindung mit einer beschädigten Markerstruktur bzw. mit beschädigten Einzelelementen. Über den unterschiedlichen Widerstand kann somit auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden.In a preferred embodiment of the first aspect of the invention, it is provided that in step d), the detection device detects at least one electrical and/or electromagnetic and/or acoustic signal. The electrical signal can, for example, be an electrical resistance, which is detected via a detection device designed as a resistance measuring device. The electrical resistance of the joint with undamaged individual elements or an undamaged structure differs from the resistance of the same joint with a damaged marker structure or with damaged individual elements. The condition of the joint can thus be determined from the different resistance.

Zusätzlich oder alternativ kann die Detektionseinrichtung ein elektromagnetisches Signal erfassen. Ein elektromagnetisches Signal kann beispielsweise ein auf Röntgenstrahlung basiertes Signal sein. Dabei wird die Röntgenstrahlung zunächst von einem Röntgengerät emittiert, anschließend durch die Fügeverbindung transmittiert und dann von einem weiteren Teil der als Röntgengerät ausgestalteten Detektionseinrichtung erfasst. Dabei unterscheidet sich das erfasste Signal eines unbeschädigten Einzelelements von dem erfassten Signal eines beschädigten Einzelelements. Durch das Erfassen eines elektromagnetischen Signals, das als ein Röntgensignal ausgestaltet ist, kann der Zustand einer Fügeverbindung vorteilhaft optisch bestimmt werden. Selbstverständlich können in diesem Zusammenhang auch andere elektromagnetische Wellen anstelle von Röntgenstrahlung verwendet werden.Additionally or alternatively, the detection device can detect an electromagnetic signal. An electromagnetic signal can, for example, be a signal based on X-ray radiation. The X-ray radiation is first emitted by an X-ray device, then transmitted through the joint, and then detected by another part of the detection device designed as an X-ray device. The detected signal of an undamaged individual element differs from the detected signal of a damaged individual element. By detecting an electromagnetic signal designed as an X-ray signal, the condition of a joint can advantageously be determined optically. Of course, other electromagnetic waves can also be used in this context instead of X-ray radiation.

Zusätzlich oder alternativ kann die Detektionseinrichtung mindestens ein akustisches Signal erfassen. Das akustische Signal kann dabei durch den Beschädigungsvorgang des Einzelelements hervorgerufen werden. So emittiert ein Einzelelement ein akustisches Signal, wenn dieses elastisch und/oder plastisch deformiert wird oder einen kompletten Bruch bzw. Versagen erleidet. Dabei kann von dem akustischen Signal sowohl qualitativ als auch quantitativ auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden. Beispielsweise unterscheidet sich das akustische Signal eines als Stift ausgebildeten Einzelelements von dem akustischen Signal eines als eine Säule ausgebildeten Einzelelements, wenn der Stift und die Säule brechen. Die Detektionseinrichtung, die ein akustisches Signal erfasst, kann dabei durch Anklemmen oder Anschrauben an der Fügeverbindung bzw. an dem gefügten Bauteil angeordnet werden, besonders vorteilhaft kann die Detektionseinrichtung im Bereich der Fügeverbindung dauerhaft eingebracht, wie beispielsweise in die Fügeverbindung eingebettet, werden. Neben dem Ort der Schädigung kann aus dem akustischen Signal auch die Art der Schädigung des Einzelelements abgeleitet werden, beispielsweise, ob ein Bruch des Einzelelements oder eine Deformation des Einzelelements vorliegt. Aus der Art der Schädigung kann eine Bewertung des Zustands des Bauteils bzw. der Fügeverbindung erfolgen, woraus wiederum auf die Restlebensdauer und/oder auf Reparaturnotwendigkeiten des Bauteils bzw. der Fügeverbindung vor einem kritischen und/oder spontanen Versagen geschlossen werden kann. Der Zustand der Fügeverbindung kann dabei vorteilhaft während einer Belastung oder im unbelasteten Zustand bestimmt werden.Additionally or alternatively, the detection device can detect at least one acoustic signal. The acoustic signal can be caused by the damage process of the individual element. For example, an individual element emits an acoustic signal when it is elastically and/or plastically deformed or suffers a complete fracture or failure. The acoustic signal can be used to draw both qualitative and quantitative conclusions about the condition of the joint. For example, the acoustic signal of an individual element designed as a pin differs from the acoustic signal of an individual element designed as a column if the pin and the column break. The detection device, which detects an acoustic signal, can be arranged by clamping or screwing on the joint or on the joined component. Particularly advantageously, the detection device can be permanently incorporated in the area of the joint, for example by being embedded in the joint. In addition to the location of the damage, the acoustic signal can also be used to determine the type of damage to the individual element, for example, whether the individual element is fractured or deformed. The type of damage can be used to assess the condition of the component or joint, which in turn can be used to determine the remaining service life and/or the need for repair of the component or joint before critical and/or spontaneous failure. The condition of the joint can be advantageously determined during loading or in the unloaded state.

In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist im Schritt d) die Detektionseinrichtung mit einem definierten Abstand zu der Fügeverbindung angeordnet. Der definierte Abstand kann dabei beispielsweise quasi gleich Null sein, wenn die Detektionseinrichtung angeklemmt oder angeschraubt oder auf andere Art und Weise an der Fügeverbindung bzw. an dem ersten und dem zweiten Bauteil angeordnet ist. Die Detektionseinrichtung kann jedoch auch über einen Abstand, der ungleich Null ist, an der Fügeverbindung angeordnet sein, beispielsweise, wenn die Detektionseinrichtung als ein Röntgengerät ausgestaltet ist. Dabei kann der Abstand zwischen Detektionseinrichtung und Fügeverbindung in vorteilhafter Weise an die Geometrie der Fügeverbindung bzw. an die Geometrie der gefügten Bauteile angepasst werden. Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen Fügeverbindung und Detektionseinrichtung an das auszuwertende Signal angepasst wird, so dass die Detektionseinrichtung beispielsweise schrittweise an unterschiedlichen Positionen an der Fügeverbindung angeordnet wird. Dabei erfasst die Detektionseinrichtung bei jedem Schritt mindestens ein Signal und bestimmt schrittweise den Zustand der Fügeverbindung. Durch den definierten Abstand kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft den Zustand der Fügeverbindung bestimmen und gleichzeitig kann das Verfahren flexibel für unterschiedliche Geometrien aufweisende Bauteile und Fügeverbindungen verwendet werden.In a preferred embodiment according to the first aspect of the invention, in step d), the detection device is arranged at a defined distance from the joint connection. The defined distance can, for example, be virtually zero if the detection device is clamped or screwed or arranged in some other way on the joint connection or on the first and second components. However, the detection device can also be arranged on the joint connection at a distance that is not equal to zero, for example, if the detection device is designed as an X-ray device. In this case, the distance between the detection device and the joint connection can advantageously be adapted to the geometry of the joint connection or to the geometry of the joined components. It can also be provided that the distance between the joint connection and the detection device is adapted to the signal to be evaluated, so that the detection device is arranged, for example, step by step at different positions on the joint connection. The detection device detects at least one signal at each step and determines the condition of the joint step by step. Due to the defined distance, the method according to the invention can determine the condition of the joint particularly advantageously, and at the same time, the method can be used flexibly for components and joints with different geometries.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Schritte d) und e) mehrfach durchgeführt werden. Die mehrfache Durchführung kann dabei mit einem zeitlichen Abstand erfolgen, der beispielsweise eine Sekunde oder auch mehrere Stunden, insbesondere mehrere hundert Betriebsstunden der gefügten Bauteile, wie insbesondere Flugstunden, sein kann. Die mehrfache Durchführung der Schritte d) und e), bei denen der zeitliche Abstand zwischen den Schritten mehrere Betriebsstunden, wie Flugstunden, beträgt, kann insbesondere bei einer Fügeverbindung durchgeführt werden, die in einem Bauteil eines Luft- oder Raumfahrzeuges angeordnet ist. Da bei derartigen Fügeverbindungen eine Wartung bzw. eine Inspektion regelmäßig nach einer vorgegebenen Anzahl an Flugstunden vorgesehen ist, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Durch eine mehrfache Durchführung der Schritte d) und e) bestimmt das erfindungsgemäße Verfahren den Zustand der Fügeverbindung besonders vorteilhaft über einen zeitlichen Verlauf, so dass der Zustand der Fügeverbindung vorteilhaft ausgewertet werden kann.In a preferred embodiment, according to the first aspect of the invention, steps d) and e) are performed multiple times. The multiple execution can take place at a time interval that can be, for example, one second or several hours, in particular several hundred operating hours of the joined components, such as flight hours. The multiple execution of steps d) and e), in which the time interval between the steps is several operating hours, such as flight hours, can be carried out in particular for a joint arranged in a component of an aircraft or spacecraft. Since maintenance or inspection is regularly scheduled for such joints after a predetermined number of flight hours, the method according to the invention is particularly suitable for applications in aerospace. By performing steps d) and e) multiple times, the method according to the invention determines the condition of the joint particularly advantageously over a time course, so that the condition of the joint can be advantageously evaluated.

Vorzugsweise ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass nach Schritt c) mindestens eine Belastung auf die Fügeverbindung eingebracht wird. Die eingebrachte Belastung kann dabei statisch oder dynamisch sein, wobei eine Zugdruckbelastung der Fügeverbindung beispielsweise als eine statische Belastung und eine über die Zeit wechselnde Zugdruckbelastung der Fügeverbindung als eine dynamische Belastung angesehen werden kann. Abhängig von der Art der Belastung unterscheidet sich das entsprechende Signal, das von der Detektionseinrichtung erfasst wird. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise den Zustand einer Fügeverbindung bestimmen, die statisch und/oder dynamisch belastet wird. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch ein sogenanntes Life Monitoring bzw. ein Structural Health Monitoring, bei dem das Signal nahezu zeitgleich mit dem Auftreten der Belastung oder nachfolgend innerhalb eines kurzen Intervalls ausgewertet werden kann. Beispielsweise können die Signale der Fügeverbindung während des Fluges eines Flugzeugs aufgenommen werden und nachfolgend des Fluges vor dem folgenden Flug die Signale ausgewertet werden, um den Zustand der Fügeverbindung zu ermitteln. Somit kann nahezu sofort von einer statischen und/oder dynamischen Belastung der Fügeverbindung auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden.Preferably, according to the first aspect of the invention, at least one load is applied to the joint after step c). The applied load can be static or dynamic, wherein For example, tensile compressive stress on the joint can be regarded as a static load, and tensile compressive stress on the joint that changes over time can be regarded as a dynamic load. The corresponding signal detected by the detection device differs depending on the type of load. The method according to the invention can therefore advantageously determine the condition of a joint that is subjected to static and/or dynamic loads. So-called life monitoring or structural health monitoring is particularly advantageous in this context, as the signal can be evaluated almost simultaneously with the occurrence of the load or subsequently within a short interval. For example, the signals from the joint can be recorded during an aircraft flight, and after the flight, the signals can be evaluated before the next flight in order to determine the condition of the joint. This means that conclusions about the condition of the joint can be drawn almost immediately from a static and/or dynamic load on the joint.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass vor Schritt c) mindestens die erste und/oder zweite Fügeoberfläche chemisch und/oder mechanisch und/oder physikalisch vorbehandelt wird. Eine chemische Vorbehandlung kann dabei ein Ätzen oder Beizen sein. Als eine mechanische Vorbehandlung kann ein Polieren oder Schleifen an der ersten und/oder zweiten Fügeoberfläche durchgeführt werden. Eine physikalische Vorbehandlung kann durch eine Plasmabehandlung oder ein laserbasiertes Reinigungsverfahren, ein sogenanntes Lasercleaning, erfolgen. Abhängig von dem Werkstoff und von der Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils ist eine mechanische und/oder chemische und/oder physikalische Vorbehandlung für das jeweilige Bauteil zu bevorzugen. Durch die Vorbehandlung werden unerwünschte Oberflächenfilme und Unreinheiten entfernt und/oder eine Änderung der Oberflächenaktivität und/oder eine gewünschte Oberflächenstruktur hergestellt. Somit wird durch das chemische und/oder mechanische und/oder physikalische Vorbehandeln die erste und/oder zweite Fügeoberfläche gereinigt, so dass das erste und zweite Bauteil besonders vorteilhaft gefügt werden können.In a particularly preferred embodiment, according to the first aspect of the invention, at least the first and/or second joining surface is chemically and/or mechanically and/or physically pretreated prior to step c). Chemical pretreatment can be etching or pickling. Mechanical pretreatment can be polishing or grinding on the first and/or second joining surface. Physical pretreatment can be carried out by plasma treatment or a laser-based cleaning process, so-called laser cleaning. Depending on the material and the surface quality of the component, mechanical and/or chemical and/or physical pretreatment is preferable for the respective component. The pretreatment removes unwanted surface films and impurities and/or changes the surface activity and/or creates a desired surface structure. Thus, the chemical and/or mechanical and/or physical pretreatment cleans the first and/or second joining surface, so that the first and second components can be joined particularly advantageously.

In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste der mindestens zwei Elementarten derartig ausgebildet ist, unter einem ersten Lastwert mechanisch zu versagen, wobei eine zweite der mindestens zwei Elementarten derartig ausgebildet ist, unter einem zweiten Lastwert mechanisch zu versagen, wobei der erste Lastwert kleiner ist als der zweite Lastwert. Dabei kann die erste Elementart beispielsweise aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein als die zweite Elementart. Alternativ können die erste und die zweite Elementart zwar die gleiche geometrische Form aufweisen, jedoch unterschiedlich dimensioniert sein. Mit anderen Worten: Die erste Elementart kann als ein dicker Stift und die zweite Elementart kann als ein dünner Stift ausgebildet sein, so dass der dünne Stift bei dem ersten Lastwert versagt und der dicke Stift erst bei dem zweiten Lastwert, der größer ist als der erste Lastwert, versagt. Selbstverständlich kann auch die erste Elementart der mindestens zwei Elementarten aus einem ersten Werkstoff und mit einer ersten Form ausgestaltet sein und die zweite Elementart kann aus einem zweiten Werkstoff mit einer zweiten Form ausgestaltet sein. Durch eine derartige Ausbildung der mindestens zwei Elementarten kann die Fügeverbindung in vorteilhafter Weise an die Geometrie des hybriden Bauteils angepasst werden und ferner kann die Fügeverbindung an die auf das Bauteil einwirkenden Lasten angepasst werden. Das hybride Bauteil mit der Fügeverbindung ist somit in vorteilhafter Weise für unterschiedlichste Anwendungsbereiche verwendbar.In a preferred embodiment according to the second aspect of the invention, it is provided that a first of the at least two element types is designed to fail mechanically under a first load value, wherein a second of the at least two element types is designed to fail mechanically under a second load value, wherein the first load value is smaller than the second load value. In this case, the first element type can, for example, be made of a different material than the second element type. Alternatively, the first and second element types can have the same geometric shape but be dimensioned differently. In other words: the first element type can be designed as a thick pin and the second element type can be designed as a thin pin, so that the thin pin fails at the first load value and the thick pin only fails at the second load value, which is greater than the first load value. Of course, the first element type of the at least two element types can also be designed from a first material and with a first shape, and the second element type can be designed from a second material with a second shape. By configuring the at least two element types in this way, the joint can be advantageously adapted to the geometry of the hybrid component and, furthermore, the joint can be adapted to the loads acting on the component. The hybrid component with the joint can thus be advantageously used for a wide variety of applications.

Vorzugsweise ist gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Markerstruktur zumindest teilweise an Stellen mit erhöhter mechanischer Belastung des hybriden Bauteils angeordnet ist. Eine erhöhte mechanische Belastung tritt beispielsweise in den Randbereichen der Fügeverbindung auf. Dabei kann die Markerstruktur an den Stellen mit erhöhter mechanischer Belastung eine andere Ausgestaltung aufweisen als an Stellen ohne erhöhte mechanische Belastung. Die Fügeverbindung kann somit in vorteilhafter Weise an einem hybriden Bauteil verwendet werden, das besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.According to the second aspect of the invention, the marker structure is preferably arranged at least partially at locations with increased mechanical stress on the hybrid component. Increased mechanical stress occurs, for example, in the edge regions of the joint. The marker structure can have a different configuration at locations with increased mechanical stress than at locations without increased mechanical stress. The joint can thus be advantageously used on a hybrid component that is exposed to particularly high mechanical stress.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen hybriden Bauteils unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert.In the following, preferred embodiments of the method according to the invention and of the hybrid component according to the invention are explained in more detail with reference to the following figures.

Es zeigen:

  • 1 schematische Darstellungen ausgewählter Verfahrensschritte einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung,
  • 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hybriden Bauteils mit einer Fügeverbindung, und
  • 3 schematische Darstellungen verschiedener beispielhafter Ausführungsformen von Einzelelementen der Markerstruktur.
They show:
  • 1 schematic representations of selected method steps of an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining the condition of a joint,
  • 2 a schematic representation of an exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention with a joint connection, and
  • 3 schematic representations of various exemplary embodiments of individual elements of the marker structure.

Die 1a bis 1d zeigen schematische Darstellungen ausgewählter Verfahrensschritte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung.The 1a to 1d show schematic representations of selected method steps according to an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining the condition of a joint.

1a zeigt das bereitgestellte erste Bauteil 1 mit einer ersten Fügeoberfläche 11, wobei an der ersten Fügeoberfläche 11 die Markerstruktur 110 ausgebildet ist. Die Markerstruktur 110 weist dabei unterschiedliche Elementarten 111, 112 auf. Dabei umfasst jede der unterschiedlichen Elementarten 111, 112 eine Mehrzahl von Einzelelementen 3, wobei die gezeigten Einzelelemente 31 die Form einer Säule aufweisen. Wie dargestellt, verfügen die säulenartigen Einzelelemente 31 der ersten Elementart 111 über einen anderen Durchmesser als die säulenartigen Einzelelemente 31 der zweiten Elementart 112. Selbstverständlich können auch andere geometrische Charakteristiken wie beispielsweise die Länge oder die Ausrichtung der säulenartigen Einzelelemente 31 zueinander variieren. 1a shows the provided first component 1 with a first joining surface 11, wherein the marker structure 110 is formed on the first joining surface 11. The marker structure 110 has different element types 111, 112. Each of the different element types 111, 112 comprises a plurality of individual elements 3, wherein the individual elements 31 shown have the shape of a column. As shown, the column-like individual elements 31 of the first element type 111 have a different diameter than the column-like individual elements 31 of the second element type 112. Of course, other geometric characteristics such as the length or the alignment of the column-like individual elements 31 relative to one another can also vary.

Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind die Einzelelemente 3 einer Elementart 111, 112 gleichmäßig zueinander angeordnet. Selbstverständlich kann die Anordnung auch an den entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden, so dass die Abstände zwischen den jeweiligen Einzelelementen 3 untereinander variieren. Beispielsweise können in einem Bereich, in dem das Signal örtlich besonders genau detektiert werden soll, die Einzelelemente 3 besonders dicht, d.h. mit einem verhältnismäßig kleinen räumlichen Abstand zueinander, angeordnet sein. Beispielsweise können in Oberflächenbereichen, in denen eine hohe lokale Belastung zu erwarten ist, mehr Einzelelemente je Flächeneinheit vorgesehen werden mit einem geringeren Abstand relativ zueinander als in Flächenbereichen, in denen geringere Belastungen zu erwarten sind.According to the illustrated embodiment, the individual elements 3 of an element type 111, 112 are arranged uniformly relative to one another. Of course, the arrangement can also be adapted to the respective application, so that the distances between the respective individual elements 3 can vary. For example, in an area in which the signal is to be detected with particularly precise location, the individual elements 3 can be arranged particularly densely, i.e., with a relatively small spatial distance from one another. For example, in surface areas where high local loading is to be expected, more individual elements per unit area can be provided with a smaller distance relative to one another than in surface areas where lower loads are to be expected.

Die Einzelelemente der Markerstruktur 110 können beispielsweise durch ein additives Fertigungsverfahren an der ersten Fügeoberfläche 11 angeordnet werden. Im Bereich der ersten Fügeoberfläche 11 kann auch eine haftvermittelnde Schicht zur Aufbringung der Markerstruktur zumindest in Teilbereichen der ersten Fügeoberfläche 11 vorgesehen werden.The individual elements of the marker structure 110 can be arranged on the first joining surface 11, for example, by an additive manufacturing process. In the region of the first joining surface 11, an adhesion-promoting layer can also be provided for applying the marker structure, at least in partial regions of the first joining surface 11.

1b zeigt beispielhaft den Verfahrensschritt c), gemäß dem das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 durch Herstellen einer Fügeverbindung zwischen der ersten Fügeoberfläche 11 und der zweiten Fügeoberfläche 21 miteinander verbunden werden. Dabei dringen in der gezeigten beispielhalten Ausführungsform die säulenförmigen Einzelelemente 31 der Markerstruktur 110 zumindest anteilig in die zweite Fügeoberfläche 21 ein, wobei das erste und das zweite Bauteil 1, 2 in Y-Richtung aufeinander zu bewegt werden. Das stoffschlüssige Fügen kann dabei beispielsweise durch einen Klebevorgang erfolgen, wobei ein Klebstoff im Bereich der ersten und zweiten Fügeoberfläche 11, 12 und im Bereich der Markerstruktur 110 eingebracht wird. Das erste und zweite Bauteil 1, 2 können somit stoffschlüssig durch den Klebevorgang verbunden werden. 1b shows, by way of example, method step c), according to which the first component 1 and the second component 2 are connected to one another by producing a joining connection between the first joining surface 11 and the second joining surface 21. In the exemplary embodiment shown, the columnar individual elements 31 of the marker structure 110 penetrate at least partially into the second joining surface 21, wherein the first and second components 1, 2 are moved towards one another in the Y direction. The material-to-material joining can be carried out, for example, by an adhesive process, wherein an adhesive is introduced in the region of the first and second joining surfaces 11, 12 and in the region of the marker structure 110. The first and second components 1, 2 can thus be materially connected by the adhesive process.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann das zweite Bauteil 2 mit der zweiten Fügeoberfläche 21 beispielsweise aus einem Faserverbundkunststoff-Bauteil bestehen, wobei im Verfahrensschritt c) das Matrixmaterial noch nicht ausgehärtet wurde, so dass die Einzelelemente 31 der Markerstruktur 110 beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 zwischen einzelne Fasern des Faserverbundkunststoff-Bauteils eindringen können und zusätzlich zu der Klebeverbindung zumindest anteilig auch formschlüssig durch die in die zweite Fügeoberfläche 21 eindringenden Einzelelemente 31 miteinander verbunden werden. Der zusätzliche anteilige Formschluss wird dadurch erzeugt, dass die Einzelelemente 31, die zwischen den einzelnen Fasern angeordnet sind, ein in X-Richtung vertikales Verschieben des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 zueinander verhindern. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Fügeverbindung weist somit den weiteren Vorteil einer besonders hohen Stabilität auf.In an exemplary embodiment, the second component 2 with the second joining surface 21 can consist, for example, of a fiber-reinforced plastic component, wherein in method step c) the matrix material has not yet been cured, so that the individual elements 31 of the marker structure 110 can penetrate between individual fibers of the fiber-reinforced plastic component when the first and second components 1, 2 are joined together and, in addition to the adhesive connection, are at least partially also positively connected to one another by the individual elements 31 penetrating the second joining surface 21. The additional partial positive connection is created in that the individual elements 31, which are arranged between the individual fibers, prevent vertical displacement of the first and second components 1, 2 relative to one another in the X direction. The joint connection produced by the method according to the invention thus has the further advantage of particularly high stability.

1c zeigt die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Fügeverbindung bzw. ein hybrides Bauteil 10, wobei die Einzelelemente 31 der Markerstruktur 110 nahezu vollständig im Bereich der zweiten Fügeoberfläche 21 in das Material des zweiten Bauteils 2 eingedrungen sind. An dem ersten Bauteil 1 ist eine Detektionseinrichtung 4 angeordnet, die beispielsweise ein akustisches Signal von der Fügeverbindung bzw. von dem hybriden Bauteil 10 erfasst. Die Detektionseinrichtung 4 kann dazu beispielsweise in Form eines Körperschall-Emissionen erfassenden Gerätes ausgebildet sein. 1c shows the joint connection produced by the method according to the invention or a hybrid component 10, wherein the individual elements 31 of the marker structure 110 have almost completely penetrated into the material of the second component 2 in the region of the second joining surface 21. A detection device 4 is arranged on the first component 1, which, for example, detects an acoustic signal from the joint connection or from the hybrid component 10. The detection device 4 can be designed, for example, in the form of a device that detects structure-borne sound emissions.

Das aufgenommene Signal kann über eine mit der Detektionseinrichtung 4 verbundenen Auswerteeinrichtung 5 ausgewertet und graphisch dargestellt werden. Der zeitliche Verlauf des akustischen Signals, das gemäß 1c mit der Detektionseinrichtung 4 aufgenommen wurde, weist dabei keine signifikanten Ausschläge auf, da an den Einzelelementen 31 im Zeitraum der Signalaufnahme keine signifikante Schädigung aufgetreten ist. Der Verlauf des Signals gemäß 1c zeigt beispielhaft ein sogenanntes „Grundrauschen“ des Signals. Die Detektionseinrichtung 4 bietet den Vorteil, dass sie besonders einfach an dem ersten Bauteil 1, vorzugsweise im Bereich der ersten Fügeoberfläche 11, angeordnet werden kann, ohne dass das hybride Bauteil 10 strukturell verändert werden muss.The recorded signal can be evaluated and graphically displayed by an evaluation device 5 connected to the detection device 4. The temporal course of the acoustic signal, which according to 1c recorded with the detection device 4, does not show any significant deflections, since no significant damage occurred on the individual elements 31 during the signal recording period. The course of the signal according to 1c shows an example of a so-called "background noise" of the signal. The detection device 4 offers the advantage that it can be particularly easily mounted on the first component 1, preferably in the area of the first joining surface. 11, without the hybrid component 10 having to be structurally modified.

1d zeigt das erfindungsgemäße hybride Bauteil 10, wobei ein Einzelelement 3a durch eine auf die Fügeverbindung einwirkende Belastung beschädigt wurde. Die Schädigung des Einzelelements 3a führt zu einem Signal, das mittels der Detektionseinrichtung 4 erfasst und durch die Auswerteeinrichtung 5 ausgewertet wird. Das erfasste Signal kann ein akustisches Signal, beispielsweise ein Bruchgeräusch, sein, das durch die Beschädigung ausgelöst worden ist. Das durch die Detektionseinrichtung 4 erfasste Signal kann über die Auswerteeinrichtung 5 graphisch dargestellt werden, so dass der Schädigungsvorgang, wie beispielsweise ein Bruchgeräusch des beschädigten Einzelelements 3a, als eine Signalspitze in dem dargestellten schematischen Signalverlauf erkennbar ist. 1d shows the hybrid component 10 according to the invention, wherein an individual element 3a has been damaged by a load acting on the joint. The damage to the individual element 3a results in a signal that is detected by the detection device 4 and evaluated by the evaluation device 5. The detected signal can be an acoustic signal, for example a fracture noise, triggered by the damage. The signal detected by the detection device 4 can be graphically displayed by the evaluation device 5, so that the damage process, such as a fracture noise of the damaged individual element 3a, can be recognized as a signal peak in the illustrated schematic signal curve.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auf besonders einfache Art und Weise von einem Signal auf den Zustand der Fügeverbindung bzw. auf den Zustand des erfindungsgemäßen hybriden Bauteils 10 geschlossen werden. Dabei ist ein Zerstören der Fügeverbindung bzw. des hybriden Bauteils 10 nicht notwendig, so dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft für ein live-monitoring, aber auch für eine Überwachung des hybriden Bauteils 10 bzw. der Fügeverbindung, während das hybride Bauteil 10 im Einsatz ist, geeignet ist.The method according to the invention thus makes it possible to draw conclusions about the state of the joint connection or the state of the hybrid component 10 according to the invention from a signal in a particularly simple manner. Destroying the joint connection or the hybrid component 10 is not necessary, so that the method according to the invention is particularly advantageously suited for live monitoring, but also for monitoring the hybrid component 10 or the joint connection while the hybrid component 10 is in use.

Die 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes hybrides Bauteil 10, bei dem das zweite Bauteil 2 mit der zweiten Fügeoberfläche 21 aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Das Faserverbundbauteil weist demnach verschiedene gerichtete Fasern 6, 7 auf, die jeweils lagenweise in dem zweiten Bauteil 2 angeordnet sind. Dabei sind die Lagen mit in eine erste Richtung orientierten Fasern 6 des Faserverbundwerkstoffbauteils um 90° versetzt zu den Lagen mit in eine zweite Richtung orientierten Fasern 7 angeordnet. Eine derartige lagenweise Anordnung von Fasern ist bei Faserverbundbauteilen üblich.The 2 schematically shows a hybrid component 10 according to the invention, in which the second component 2 with the second joining surface 21 consists of a fiber composite material. The fiber composite component accordingly has various oriented fibers 6, 7, each arranged in layers in the second component 2. The layers with fibers 6 oriented in a first direction of the fiber composite component are arranged offset by 90° from the layers with fibers 7 oriented in a second direction. Such a layered arrangement of fibers is common in fiber composite components.

Als besonders vorteilhaft geeignet ist eine Einbettung der Markerstruktur 110 in das zweite Bauteil 2 im Bereich der zweiten Fügeoberfläche 12, wobei sich Einzelelemente 3 als besonders geeignet herausgestellt haben, die als ein Stift mit einer Halbkugel 33 ausgebildet sind. Insbesondere, wenn die zweite Fügeoberfläche 21 bzw. das zweite Bauteil 2 aus einem Faserverbundkunststoff besteht und das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 mittels eines Klebeverfahrens stoffschlüssig gefügt werden, so verfestigt sich der Matrixwerkstoff derartig während des Fügevorgangs an dem Einzelelement in Form eines Stiftes mit Halbkugel 33, dass neben der stoffschlüssigen Verbindung nach dem Aushärten des Matrixwerkstoffes auch eine Art formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 entsteht. Der ausgehärtete Matrixwerkstoff greift hinter der Halbkugel ein und verfestigt sich besonders vorteilhaft zwischen der planen Ebene der Halbkugel und der ersten Fügeoberfläche 11. Eine auf diese Weise hergestellte Fügeverbindung weist dadurch eine besonders hohe Stabilität auf. Selbstverständlich kann erfindungsgemäß das zweite Bauteil 2 auch aus einem anderen Werkstoff als ein Faserverbundwerkstoff hergestellt werden, wobei im Bereich der zweiten Fügeoberfläche 21 dann beispielsweise eine Klebstoffschicht aufgebracht wird, in welche die Einzelelemente 3 der Markerstruktur 110 eindringen können.Particularly advantageous is the embedding of the marker structure 110 in the second component 2 in the region of the second joining surface 12, with individual elements 3 having proven particularly suitable which are designed as a pin with a hemisphere 33. In particular, if the second joining surface 21 or the second component 2 consists of a fiber composite plastic and the first component 1 and the second component 2 are joined by means of an adhesive process, the matrix material solidifies during the joining process on the individual element in the form of a pin with a hemisphere 33 in such a way that, in addition to the material-locking connection, a type of positive connection is also created between the first component 1 and the second component 2 after the matrix material has hardened. The cured matrix material engages behind the hemisphere and solidifies particularly advantageously between the flat plane of the hemisphere and the first joining surface 11. A joint produced in this way therefore has particularly high stability. Of course, according to the invention, the second component 2 can also be made from a material other than a fiber composite material, with an adhesive layer then being applied in the area of the second joining surface 21, for example, into which the individual elements 3 of the marker structure 110 can penetrate.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen hybriden Bauteils stellt die Markerstruktur 110 dar, die mindestens zwei voneinander unterschiedliche Elementarten 111, 112 aufweist, wobei jede der unterschiedlichen Elementarten eine Mehrzahl von Einzelelementen 3 umfasst. Die 3a bis 3f zeigen unterschiedliche beispielhafte Ausgestaltungformen der Einzelelemente 3 der Markerstruktur 110. Abhängig vom Belastungsfall und der jeweiligen Bauteilgeometrie eignen sich unterschiedliche Ausgestaltungsformen der Einzelelemente 3.An essential feature of the method according to the invention and of the hybrid component according to the invention is the marker structure 110, which has at least two different element types 111, 112, each of the different element types comprising a plurality of individual elements 3. The 3a to 3f show different exemplary designs of the individual elements 3 of the marker structure 110. Depending on the load case and the respective component geometry, different designs of the individual elements 3 are suitable.

3a zeigt das erste Bauteil 1 mit der ersten Fügeoberfläche 11, wobei an der ersten Fügeoberfläche 11 Einzelelemente 31 angeordnet sind, die jeweils die Form einer Säule mit einer orthogonal zu der Verlaufsachse A definierten Querschnittsform aufweisen. Die als Säule ausgebildeten Einzelelemente 31 weisen ferner eine plane Stirnfläche auf, die zu der ersten Fügeoberfläche 11 annähernd parallel angeordnet ist. 3a shows the first component 1 with the first joining surface 11, wherein individual elements 31 are arranged on the first joining surface 11, each having the shape of a column with a cross-sectional shape defined orthogonally to the axis A. The individual elements 31 formed as a column also have a flat end face that is arranged approximately parallel to the first joining surface 11.

3b zeigt Einzelelemente 31 in Form einer Säule, wobei das Einzelelement 31 eine Verlaufsachse A aufweist, welche einen definierten Winkel α im Bereich von 30° bis 90° zwischen der Verlaufsachse A und der ersten Fügeoberfläche 11 einschließt. Die als Säule ausgebildeten Einzelelemente 31 weisen wiederum eine plane Stirnfläche auf, die, wie im Beispiel gezeigt, zu der ersten Fügeoberfläche 11 annähernd parallel angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung eines der Einzelelemente 3 eignet sich beispielsweise für eine Fügeverbindung, die verhältnismäßig stark und bevorzugt aus einer Richtung belastet wird. Beispielsweise können die um den Winkel α geneigten Einzelelemente 31 dann in die Richtung geneigt sein, aus der die Fügeverbindung besonders belastet wird. 3b shows individual elements 31 in the form of a column, wherein the individual element 31 has a running axis A which encloses a defined angle α in the range of 30° to 90° between the running axis A and the first joining surface 11. The individual elements 31 designed as a column in turn have a flat end face which, as shown in the example, is arranged approximately parallel to the first joining surface 11. Such a configuration of one of the individual elements 3 is suitable, for example, for a joint that is loaded relatively heavily and preferably from one direction. For example, the individual elements 31 inclined by the angle α can then be inclined in the direction from which the joint is particularly loaded.

3c zeigt die Anordnung von Einzelelementen 32, die ein der ersten Fügeoberfläche 11 entgegengesetztes spitzes Ende aufweisen. Derartig ausgebildete Einzelelemente 32 sind besonders geeignet, um beispielsweise in ein zweites Bauteil 2 im Bereich einer zweiten Fügeoberfläche 21 einzudringen, das beispielsweise aus einem Faserverbundkunststoff besteht. Über die Spitze des Stifts kann das Einzelelement 32 unter Aufwendung von verhältnismäßig wenig Kraft zwischen einzelne Fasern eines Faserverbundkunststoff-Bauteils gedrückt werden. Das als Stift ausgebildete Einzelelement 32 unterscheidet sich in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform somit von dem als Säule ausgebildeten Einzelelement 31 durch einen spitz zulaufenden Endbereich. 3c shows the arrangement of individual elements 32, which have a pointed end opposite the first joining surface 11. Such Individual elements 32 designed as a pin are particularly suitable, for example, for penetrating a second component 2 in the region of a second joining surface 21, which consists, for example, of a fiber-reinforced plastic. The individual element 32 can be pressed between individual fibers of a fiber-reinforced plastic component via the tip of the pin, applying relatively little force. In the exemplary embodiment shown, the individual element 32 designed as a pin thus differs from the individual element 31 designed as a column by a tapered end region.

3d zeigt die Ausgestaltung eines Einzelelements 34, das orthogonal zu der Verlaufsachse A eine unterschiedliche Querschnittsform aufweist. Das in 3d gezeigte Einzelelement 34 weist einen stiftförmigen Grundkörper auf, der in einem Mittelbereich einen kugelförmigen Abschnitt aufweist. Ein derartiges Einzelelement 34 lässt sich durch das spitz zulaufende Ende besonders einfach in eine zweite Bauteiloberfläche 21 eines zweiten Bauteils 2 einfügen, das beispielsweise aus einem Faserverbundkunststoff besteht und stellt nach dem Fügevorgang durch die kugelartige Ausprägung im Mittelbereich des Einzelelement 34 gleichzeitig einen erhöhten Widerstand gegen ein Trennen der Fügeverbindung dar. Somit muss während des Fügevorgangs zunächst ein erhöhter Kraftaufwand betrieben werden, beispielsweise im Vergleich zum Fügevorgang mit einem Einzelelement 32 gemäß der 3c, um die Einzelelemente 34 gemäß der 3d in der zweiten Fügeoberfläche 21 anzuordnen. Jedoch ist zum Lösen einer derartigen Fügeverbindung wiederum ein erhöhter Kraftaufwand nötig, sodass eine Fügeverbindung, welche die Einzelelemente 34 gemäß der 3d aufweist, über eine besonders hohe Stabilität verfügt. 3D shows the design of an individual element 34, which has a different cross-sectional shape orthogonal to the axis A. The 3D The individual element 34 shown has a pin-shaped base body which has a spherical section in a central region. Such an individual element 34 can be inserted particularly easily into a second component surface 21 of a second component 2, which consists for example of a fiber composite plastic, due to the pointed end and, after the joining process, simultaneously represents increased resistance to separation of the joint due to the spherical shape in the central region of the individual element 34. Thus, during the joining process, an increased amount of force must initially be applied, for example in comparison to the joining process with an individual element 32 according to the 3c to the individual elements 34 according to the 3D in the second joining surface 21. However, to release such a joint, an increased amount of force is required, so that a joint which comprises the individual elements 34 according to the 3D has a particularly high level of stability.

Gemäß der 3e weist das Einzelelement 33 einen Stift mit einer Halbkugel auf. Ein derartiges Einzelelement 33 hat sich als besonders vorteilhaft für das stoffschlüssige Fügen beispielsweise durch ein Klebeverfahren eines ersten Bauteils 1 und eines zweiten Bauteils 2 herausgestellt, wobei das zweite Bauteil 2 aus einem Faserverbundkunststoff besteht. Über die Spitze und die Rundung der Halbkugel kann das Einzelelement 33 zunächst vergleichsweise einfach in die Klebstoffschicht während eines stoffschlüssigen Fügevorgangs eingeführt werden, wobei sich der Klebstoff nach dem Aushärten besonders vorteilhaft in einem Bereich zwischen der ersten Fügeoberfläche 11 und der planen Oberfläche der Halbkugel des Einzelelements 33 anordnet. Somit wird neben der stoffschlüssigen Fügeverbindung auch eine annähernde formschlüssige Fügeverbindung erzeugt. Eine derartige Verbindung hat sich als besonders stabil herausgestellt.According to the 3e The individual element 33 has a pin with a hemisphere. Such an individual element 33 has proven to be particularly advantageous for the material-to-material joining, for example by an adhesive process, of a first component 1 and a second component 2, wherein the second component 2 consists of a fiber-reinforced plastic. Via the tip and the rounded edge of the hemisphere, the individual element 33 can initially be introduced relatively easily into the adhesive layer during a material-to-material joining process, wherein the adhesive, after curing, is particularly advantageously arranged in an area between the first joining surface 11 and the flat surface of the hemisphere of the individual element 33. Thus, in addition to the material-to-material joining connection, an approximately positive-fitting joining connection is also created. Such a connection has proven to be particularly stable.

3f zeigt ein Einzelelement 35, das über mindestens einen Widerhaken verfügt. Ein derartiges Einzelelement mit einem Widerhaken 35 kann sich besonders vorteilhaft in eine aus einem Faserverbundkunststoff bestehende zweite Fügeoberfläche 21 einhaken, so dass zusätzlich eine besonders stabile formschlüssige Fügeverbindung erzeugt wird. Selbstverständlich können die Widerhaken der Einzelelemente 35 auch in unterschiedliche Richtungen ausgebildet sein, wobei die Verlaufsachse A der jeweiligen Einzelelemente 35 ebenfalls einen Winkel zwischen der ersten Fügeoberfläche 11 und der Verlaufsachse A einschließen kann, der von 90° abweicht. Das mit einem Widerhaken ausgebildete Einzelelement 35 kann somit ähnlich einem Klettverschlussprinzip in die zweite Fügeoberfläche 21 des zweiten Bauteils eindringen, so dass eine derartige Fügeverbindung durch das zusätzliche formschlüssige Fügen besonders stabil ausgebildet ist. 3f shows an individual element 35 that has at least one barb. Such an individual element with a barb 35 can particularly advantageously hook into a second joining surface 21 consisting of a fiber composite plastic, so that a particularly stable positive-locking joint is additionally created. Of course, the barbs of the individual elements 35 can also be formed in different directions, wherein the extension axis A of the respective individual elements 35 can also enclose an angle between the first joining surface 11 and the extension axis A that deviates from 90°. The individual element 35 formed with a barb can thus penetrate into the second joining surface 21 of the second component in a similar way to a hook-and-loop fastener principle, so that such a joint is particularly stable due to the additional positive joining.

3g zeigt die Anordnung von Einzelelementen 3, die auf der ersten Fügeoberfläche 11 zu einem Gitter 8 verbunden sind. Das Gitter 8 kann dabei, wie dargestellt, über zwei horizontal angeordnete strebenartige Konstruktionen verfügen. Im Falle eines beschädigten Einzelelementes 3 eines Gitters 8 gemäß 3g unterscheidet sich das von dem Gitter 8 emittierte Signal signifikant von dem Signal, das ein Einzelelement emittiert, welches nicht in einem Gitter 8 angeordnet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise von dem Signal auf die Art des geschädigten Einzelelements 3 geschlossen werden. 3g shows the arrangement of individual elements 3, which are connected on the first joining surface 11 to form a grid 8. The grid 8 can, as shown, have two horizontally arranged strut-like structures. In the case of a damaged individual element 3 of a grid 8 according to 3g the signal emitted by the grid 8 differs significantly from the signal emitted by an individual element that is not arranged in a grid 8. Thus, the type of damaged individual element 3 can be advantageously deduced from the signal.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße hybride Bauteil 10 auch eine Markerstruktur 110 aufweisen, bei der neben den zu einem Gitter 8 verbundenen Einzelelementen 3 auch andere Arten von Einzelelementen 3 auftreten. Durch das Verbinden mehrerer Einzelelemente 3 zu einem Gitter 8 wird eine vergleichsweise größere Fläche der ersten Fügeoberfläche 11 mit zusammenhängenden Einzelelementen 3 abgedeckt, so dass in vorteilhafter Weise von dem Gitter 8 auf den Zustand der Fügeverbindung geschlossen werden kann. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei grossen Bauteilen verwendet werden.Of course, the method according to the invention or the hybrid component 10 according to the invention can also have a marker structure 110 in which, in addition to the individual elements 3 connected to form a grid 8, other types of individual elements 3 also occur. By connecting several individual elements 3 to form a grid 8, a comparatively larger area of the first joining surface 11 is covered with connected individual elements 3, so that the state of the joining connection can advantageously be deduced from the grid 8. The method according to the invention can thus be used particularly advantageously for large components.

3h zeigt eine Anordnung, bei der jeweils zwei Einzelelemente 3 zu einer Schlaufe 9 verbunden sind. Durch die zu einer Schlaufe 9 verbundenen Einzelelemente 3 wird eine größere Fläche der ersten Fügeoberfläche 11 des ersten Bauteils 1 abgedeckt, wobei die abgedeckte Fläche größer ist als die Fläche, die von einem einzelnen Einzelelement 3 abgedeckt wird und kleiner ist als die Fläche, die von einem Gitter 8 gemäß der 3g abgedeckt wird. Durch die zu einer Schlaufe 9 verbundenen Einzelelemente 3 kann somit in vorteilhafter Weise der Zustand einer Fügeverbindung in Bezug auf einen räumlichen Bereich bestimmt werden. Selbstverständlich können auch mehrere Einzelelemente zu einer Schlaufe 9 verbunden sein. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße hybride Bauteil 10, bei dem die Einzelelemente 3 zu einer Schlaufe 9 verbunden sind, eignet sich somit in vorteilhafter Weise auch für große Bauteile. 3 hours shows an arrangement in which two individual elements 3 are connected to form a loop 9. The individual elements 3 connected to form a loop 9 cover a larger area of the first joining surface 11 of the first component 1, wherein the covered area is larger than the area covered by a single individual element 3 and smaller than the area covered by a grid 8 according to the 3g By connecting the individual elements 3 to form a loop 9, the state of a joint connection can thus be advantageously determined with respect to a spatial area can be determined. Of course, several individual elements can also be connected to form a loop 9. The method according to the invention or the hybrid component 10 according to the invention, in which the individual elements 3 are connected to form a loop 9, is thus advantageously also suitable for large components.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Erstes BauteilFirst component
1111
Erste FügeoberflächeFirst joining surface
110110
MarkerstrukturMarker structure
111111
erste Elementartfirst element type
112112
zweite Elementartsecond element type
22
Zweites BauteilSecond component
2121
Zweite FügeoberflächeSecond joining surface
33
EinzelelementSingle element
3a3a
Beschädigtes EinzelelementDamaged individual element
3131
Einzelelement in Form einer SäuleSingle element in the form of a column
3232
Einzelelement in Form eines Stiftes mit SpitzeSingle element in the form of a pen with a tip
3333
Einzelelement in Form eines Stiftes mit Spitze undHalbkugelSingle element in the form of a pen with tip and hemisphere
3434
Einzelelement in Form eines Stiftes mit Spitze und KugelSingle element in the form of a pen with tip and ball
3535
Einzelelement mit mindestens einem WiderhakenSingle element with at least one barb
44
DetektionseinrichtungDetection device
55
AuswerteeinrichtungEvaluation device
6,76.7
Fasern eines Faserverbundwerkstoff-BauteilsFibers of a fiber composite component
88
GitterGrid
99
Schlaufeloop
AA
Verlaufsachsegradient axis

Claims (23)

Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Fügeverbindung mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines ersten Bauteils (1) mit einer ersten Fügeoberfläche (11) und eines zweiten Bauteils (2) mit einer zweiten Fügeoberfläche (21), b) Ausbilden einer Markerstruktur (110) mit mindestens zwei voneinander unterschiedlichen Elementarten (111, 112), wobei jede der unterschiedlichen Elementarten (111, 112) eine Mehrzahl von Einzelelementen (3) umfasst, welche jeweils zumindest über einen Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche (11) des ersten Bauteils (1) ausgebildet werden und wobei die Einzelelemente (3) von der ersten Fügeoberfläche (11) vorstehend ausgebildet werden und sich entlang einer jeweiligen Verlaufsachse (A) erstrecken, c) stoffschlüssiges Fügen des ersten (1) und zweiten Bauteils (2) durch Herstellen einer Fügeverbindung zwischen der ersten (11) und zweiten Fügeoberfläche (21), wobei die Markerstruktur (110) zumindest anteilig zwischen der ersten (11) und zweiten Fügeoberfläche (12) angeordnet ist, d) Erfassen mindestens eines Signals mit einer Detektionseinrichtung (4), wobei das Signal bei Auftreten einer Schädigung in den Einzelelementen (3) der mindestens zwei Elementarten (111, 112) verändert wird, e) Auswerten des mindestens einen Signals aus Schritt d) zur Bestimmung eines Schädigungszustandes der Einzelelemente (3).A method for determining the condition of a joint, comprising the following steps: a) providing a first component (1) with a first joining surface (11) and a second component (2) with a second joining surface (21), b) forming a marker structure (110) with at least two different element types (111, 112), wherein each of the different element types (111, 112) comprises a plurality of individual elements (3), each of which is formed over at least a portion of the surface of the first joining surface (11) of the first component (1), and wherein the individual elements (3) are formed protruding from the first joining surface (11) and extend along a respective axis (A), c) joining the first (1) and second components (2) by producing a joint between the first (11) and second joining surfaces (21), wherein the marker structure (110) is at least partially formed between the first (11) and second joining surface (12), d) detecting at least one signal with a detection device (4), wherein the signal is modified upon the occurrence of damage in the individual elements (3) of the at least two element types (111, 112), e) evaluating the at least one signal from step d) to determine a damage state of the individual elements (3). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Bauteil (1) als ein metallisches Bauteil bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the first component (1) is provided as a metallic component. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Bauteil (2) als ein Faserverbund-Bauteil, bevorzugt als ein Faserverbundkunststoff-Bauteil, bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the second component (2) is provided as a fiber composite component, preferably as a fiber composite plastic component. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Schritt c) bei dem stoffschlüssigen Fügen des ersten Bauteils (1) mit dem zweiten Bauteil (2) zumindest ein Anteil der Markerstruktur (110) in das zweite Bauteil (2) im Bereich der zweiten Fügeoberfläche (21) eindringt und in dem zweiten Bauteil (2) eingebettet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) during the material-to-material joining of the first component (1) to the second component (2), at least a portion of the marker structure (110) penetrates into the second component (2) in the region of the second joining surface (21) and is embedded in the second component (2). Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei in Schritt d) das Erfassen des mindestens einen Signals mit der Detektionsvorrichtung (4) erfolgt, wobei das Signal bei Auftreten einer Schädigung eines Teils des Faserverbundkunststoff-Bauteils verändert wird.Procedure according to the Claims 3 and 4 , wherein in step d) the detection of the at least one signal is carried out with the detection device (4), wherein the signal is changed when damage to a part of the fiber-reinforced plastic component occurs. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Einzelelemente (3) derartig ausgebildet sind, dass sie mindestens eines der Merkmale ausgewählt aus der folgenden Gruppe aufweisen: 1) Die Einzelelemente (3) weisen orthogonal zu der Verlaufsachse (A) eine definierte Querschnittsform auf; 2) Die Einzelelemente (3) weisen in einer Ebene orthogonal zu der Verlaufsachse (A) entlang der Verlaufsachse (A) eine variierende Abmessung auf; 3) Die Einzelelemente (3) weisen eine Verlaufsachse (A) auf, welche einen definierten Winkel (α) im Bereich von 30° bis 90° zwischen der Verlaufsachse (A) und der ersten Fügeoberfläche (11) einschließt; 4) Die Einzelelemente (3) sind entlang der ersten Fügeoberfläche (11) in ungleichen Abständen zueinander angeordnet; 5) Die Einzelelemente (3) bestehen aus einem definierten metallischen Werkstoff und/oder einer definierten metallischen Legierung und/oder einem keramischen Werkstoff und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Kompositwerkstoff; 6) Die unterschiedlichen Einzelelemente (3) weisen orthogonal zu der Verlaufsachse (A) unterschiedliche Abmessungen und/oder Querschnittsformen auf.Method according to one of the preceding claims, wherein the individual elements (3) are designed such that they have at least one of the features selected from the following group: 1) The individual elements (3) have a defined cross-sectional shape orthogonal to the profile axis (A); 2) The individual elements (3) have a varying dimension in a plane orthogonal to the profile axis (A) along the profile axis (A); 3) The individual elements (3) have a profile axis (A) which encloses a defined angle (α) in the range from 30° to 90° between the profile axis (A) and the first joining surface (11); 4) The individual elements (3) are arranged at unequal distances from one another along the first joining surface (11); 5) The individual elements (3) consist of a defined metallic material and/or a defined metallic alloy and/or a ceramic material and/or a plastic and/or a composite material; 6) The different individual elements (3) have different dimensions and/or cross-sectional shapes orthogonal to the axis (A). Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Schritt b) die Einzelelemente (3) zu einem Gitter (8) und/oder einer Schlaufe (9) verbunden werden und/oder die Einzelelemente (3) in Form einer Säule (31) und/oder eines Stiftes (32) und/oder eines Stiftes mit einer Halbkugel (33) und/oder Kugel (34) und/oder mit mindestens einem Widerhaken (35) und/oder ein zu der Verlaufsachse (A) seitlich abstehendem Verankerungselement ausgebildet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in step b) the individual elements (3) are connected to form a grid (8) and/or a loop (9) and/or the individual elements (3) are designed in the form of a column (31) and/or a pin (32) and/or a pin with a hemisphere (33) and/or ball (34) and/or with at least one barb (35) and/or an anchoring element projecting laterally to the axis of travel (A). Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Schritt b) das Ausbilden der Markerstruktur (110) mindestens teilweise durch ein additives Fertigungsverfahren an der ersten Fügeoberfläche (11) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein in step b) the formation of the marker structure (110) is carried out at least partially by an additive manufacturing process on the first joining surface (11). Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Schritt c) das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) über ein thermisches Fügeverfahren und/oder ein adhäsives Fügeverfahren stoffschlüssig gefügt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) the first component (1) and the second component (2) are joined in a material-to-material manner using a thermal joining method and/or an adhesive joining method. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Schritt d) die Detektionseinrichtung (4) mindestens ein elektrisches und/oder elektromagnetisches und/oder akustisches Signal erfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein in step d) the detection device (4) detects at least one electrical and/or electromagnetic and/or acoustic signal. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Schritt d) die Detektionseinrichtung (4) mit einem definierten Abstand zu der Fügeverbindung angeordnet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein in step d) the detection device (4) is arranged at a defined distance from the joint connection. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Schritte d) und e) mehrfach durchgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein steps d) and e) are carried out several times. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei nach Schritt c) mindestens eine Belastung auf die Fügeverbindung eingebracht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein after step c) at least one load is applied to the joint. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei vor Schritt c) mindestens die erste (11) und/oder zweite Fügeoberfläche (21) chemisch und/oder mechanisch und/oder physikalisch vorbehandelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein before step c) at least the first (11) and/or second joining surface (21) is chemically and/or mechanically and/or physically pretreated. Hybrides Bauteil (10) mit einer Fügeverbindung und - einem ersten Bauteil (1) mit einer ersten Fügeoberfläche (11), - einem zweiten Bauteil (2) mit einer zweiten Fügeoberfläche (21) und - einer Markerstruktur (110) mit mindestens zwei voneinander unterschiedlichen Elementarten (111, 112), wobei jede der unterschiedlichen Elementarten (111, 112) eine Mehrzahl von Einzelelementen (3) umfasst, welche jeweils zumindest über einen Flächenanteil der ersten Fügeoberfläche (11) des ersten Bauteils (1) ausgebildet ist, wobei sich die Einzelelemente (3) von der ersten Fügeoberfläche (11) abstehend entlang einer jeweiligen Verlaufsachse (A) erstrecken, wobei die stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen der ersten (11) und zweiten Fügeoberfläche (21) ausgebildet ist und wobei die Markerstruktur (110) zumindest anteilig zwischen der ersten (11) und zweiten Fügeoberfläche (12) angeordnet ist.A hybrid component (10) with a joining connection and - a first component (1) with a first joining surface (11), - a second component (2) with a second joining surface (21), and - a marker structure (110) with at least two different element types (111, 112), wherein each of the different element types (111, 112) comprises a plurality of individual elements (3), each of which is formed over at least a portion of the surface of the first joining surface (11) of the first component (1), wherein the individual elements (3) extend protruding from the first joining surface (11) along a respective axis (A), wherein the integral joining connection is formed between the first (11) and second joining surfaces (21), and wherein the marker structure (110) is arranged at least partially between the first (11) and second joining surfaces (12). Hybrides Bauteil (10) nach Anspruch 15, wobei die Markerstruktur (110) von einer Detektionseinrichtung (4) detektierbar ist.Hybrid component (10) according to Claim 15 , wherein the marker structure (110) is detectable by a detection device (4). Hybrides Bauteil (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Bauteil (1) ein metallisches Bauteil ist.Hybrid component (10) according to one of the preceding claims, wherein the first component (1) is a metallic component. Hybrides Bauteil (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das zweite Bauteil (2) ein Faserverbund-Bauteil, bevorzugt ein Faserverbundkunststoff-Bauteil, ist.Hybrid component (10) according to one of the preceding claims, wherein the second component (2) is a fiber composite component, preferably a fiber composite plastic component. Hybrides Bauteil (10) nach Anspruch 18, wobei zumindest ein Anteil der Markerstruktur (110) in das zweite Bauteil (2) im Bereich der zweiten Fügeoberfläche (21) eingebettet ist.Hybrid component (10) according to Claim 18 , wherein at least a portion of the marker structure (110) is embedded in the second component (2) in the region of the second joining surface (21). Hybrides Bauteil (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine erste der mindestens zwei Elementarten (111, 112) derartig ausgebildet ist, unter einem ersten Lastwert mechanisch zu versagen, wobei eine zweite der mindestens zwei Elementarten derartig ausgebildet ist, unter einem zweiten Lastwert mechanisch zu versagen, wobei der erste Lastwert kleiner ist als der zweite Lastwert.Hybrid component (10) according to one of the preceding claims, wherein a first of the at least two element types (111, 112) is designed to fail mechanically under a first load value, wherein a second of the at least two element types is designed to fail mechanically under a second load value, wherein the first load value is smaller than the second load value. Hybrides Bauteil (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Markerstruktur (110) zumindest teilweise an Stellen mit erhöhter mechanischer Belastung des hybriden Bauteils angeordnet ist.Hybrid component (10) according to one of the preceding claims, wherein the marker structure (110) is arranged at least partially at locations with increased mechanical stress on the hybrid component. Hybrides Bauteil (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Einzelelemente (3) mindestens eines der Kriterien aus der folgenden Gruppe aufweisen: 1) Die Einzelelemente (3) weisen orthogonal zu der Verlaufsachse (A) eine definierte Querschnittsform auf; 2) Die Einzelelemente (3) weisen orthogonal zu der Verlaufsachse (A) eine variierende Abmessung auf; 3) Die Einzelelemente (3) weisen eine Verlaufsachse (A) auf, welche einen definierten Winkel (α) im Bereich von 30° bis 90° zwischen der Verlaufsachse (A) und der ersten Fügeoberfläche einschließt; 4) Die Einzelelemente (3) sind in entlang der ersten Fügeoberfläche (11) in ungleichen Abständen zueinander angeordnet; 5) Die Einzelelemente (3) bestehen aus einem definierten metallischen Werkstoff und/oder einer definierten metallischen Legierung und/oder einem keramischen Werkstoff und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem Kompositwerkstoff; 6) Die unterschiedlichen Einzelelemente (3) weisen orthogonal zu der Verlaufsachse (A) unterschiedliche Abmessungen und/oder Querschnittsformen auf.Hybrid component (10) according to one of the preceding claims, wherein the individual elements (3) have at least one of the criteria from the following group: 1) The individual elements (3) have a defined cross-sectional shape orthogonal to the axis (A); 2) The individual elements (3) have a defined cross-sectional shape orthogonal to the run axis (A) has a varying dimension; 3) The individual elements (3) have a run axis (A) which encloses a defined angle (α) in the range from 30° to 90° between the run axis (A) and the first joining surface; 4) The individual elements (3) are arranged at unequal distances from one another along the first joining surface (11); 5) The individual elements (3) consist of a defined metallic material and/or a defined metallic alloy and/or a ceramic material and/or a plastic and/or a composite material; 6) The different individual elements (3) have different dimensions and/or cross-sectional shapes orthogonal to the run axis (A). Hybrides Bauteil (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Einzelelemente (3) zu einem Gitter (8) und/oder einer Schlaufe (9) verbunden sind und/oder die Form einer Säule (31) und/oder eines Stiftes (32) und/oder eines Stiftes mit einer Halbkugel (33) und/oder Kugel (34) und/oder mit mindestens einem Widerhaken (35) und/oder ein zu der Verlaufsachse (A) seitlich abstehendes Verankerungselement aufweisen.Hybrid component (10) according to one of the preceding claims, wherein the individual elements (3) are connected to form a grid (8) and/or a loop (9) and/or have the shape of a column (31) and/or a pin (32) and/or a pin with a hemisphere (33) and/or ball (34) and/or with at least one barb (35) and/or an anchoring element projecting laterally to the axis of travel (A).
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DE19644094A1 (en) * 1996-05-07 1997-11-13 Fraunhofer Ges Forschung System determining mechanical and-or rheological material properties of test body
DE102004063098B4 (en) * 2004-12-22 2008-09-04 Airbus Deutschland Gmbh Adhesive joint for connecting components of vehicles and method for determining a prevailing in an adhesive bond mechanical load condition

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