DE102009024790A1 - Method for manufacturing of composite components, particularly metal plastic composite components, of motor vehicle, involves molding of metallic work piece with plastic - Google Patents

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Abstract

The method involves molding a metallic work piece (1) with plastic and placing an adhesive layer on the metallic work piece, particularly on specified locations (1.1 to 1.5) or surfaces, before an injection molding operation. The places or surfaces are sprayed with the plastic. An independent claim is also included for a composite component, which is provided as a cross beam or roof frame or a rear panel or a front panel or a front end support for motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles, insbesondere eines Metall-Kunststoff-Verbundbauteiles, wobei ein metallisches Werkstück zumindest partiell mit Kunststoff umspritzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verbundbauteil, welches gemäß dem Verfahren hergestellt ist.The Invention relates to a method for producing a composite component, in particular a metal-plastic composite component, wherein a Metallic workpiece at least partially overmoulded with plastic becomes. Furthermore, the invention relates to a composite component, which prepared according to the method.

Aus der WO 01/98052 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles bekannt, wobei bei dem Verfahren ein Blechteil zumindest abschnittsweise mit Kunststoff umspritzt wird. Hierzu wird das Blechteil in einer Formhälfte einer Spritzgießform angeordnet, die anschließend geschlossen wird, so dass ein erster eine Oberseite des Blechteiles gegenüberliegender Formhohlraum und ein zweiter einer Unterseite des Blechteiles gegenüberliegender Formhohlraum voneinander abgeschottet werden. Anschließend werden bzw. wird eine Oberseite und/oder eine Unterseite des Blechteiles mit Kunststoff beaufschlagt.From the WO 01/98052 A1 a method for producing a hybrid component is known, wherein in the method, a sheet metal part is at least partially encapsulated with plastic. For this purpose, the sheet metal part is arranged in a mold half of an injection mold, which is then closed, so that a first an upper side of the sheet metal part opposite mold cavity and a second bottom of the sheet metal part opposite mold cavity are sealed off from each other. Subsequently, an upper side and / or an underside of the sheet metal part are or are subjected to plastic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles, insbesondere eines Metall-Kunststoff-Verbundbauteiles, und ein solches Verbundbauteil anzugeben.Of the Invention is based on the object, a relation to the State of the art improved method for producing a composite component, in particular a metal-plastic composite component, and such a composite component specify.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verbundbauteiles durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The Task is according to the invention in terms of Process by the in claim 1 and in terms of the composite component solved by the features specified in claim 6. advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles, insbesondere eines Metall-Kunststoff-Verbundbauteiles, sieht vor, dass ein metallisches Werkstück zumindest partiell mit einem Kunststoff umspritzt wird. Erfindungsgemäß wird vor dem Spritzgießvorgang auf das Werkstück, insbesondere auf mit Kunststoff zu bespritzenden Flächen, ein Haftvermittler aufgebracht.The inventive method for producing a Composite components, in particular a metal-plastic composite component, provides that a metallic workpiece at least partially is overmolded with a plastic. According to the invention before the injection molding on the workpiece, in particular on surfaces to be sprayed with plastic, a bonding agent applied.

Insbesondere ist unter Haftvermittler, auch als Primer bezeichnet, eine chemisch reaktive Substanz zu verstehen, die eine Haftung zwischen zwei Phasen, z. B. einem Substrat und einer Beschichtung, verbessert. Die Wirkung von Haftvermittlern beruht darauf, dass diese mit beiden Phasen ausreichend starke unpolare, polare oder kovalente Bindungen aufbauen, die stärker sind als die Bindungen der beiden Phasen untereinander.Especially is under adhesion promoter, also referred to as a primer, a chemical to understand reactive substance, which is an adhesion between two phases, z. As a substrate and a coating improved. The effect of bonding agents is based on these with both phases build sufficiently strong non-polar, polar or covalent bonds, which are stronger than the bonds between the two phases.

Durch das Aufbringen des Haftvermittlers wird in Gewinn bringender Weise eine Verbundhaftung zwischen dem metallischen Werkstück und dem Kunststoff optimiert. Darüber hinaus kann in besonders vorteilhafter Weise mittels des Haftvermittlers eine Alterungsbeständigkeit der Verbundhaftung erreicht werden.By the application of the primer becomes profitable a bond between the metallic workpiece and the plastic optimized. In addition, in particular advantageously by means of the adhesion promoter, an aging resistance the bond adhesion can be achieved.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch in perspektivischer Ansicht ein metallischen Werkstückes in Form eines geschlossenen Rohrprofils, 1 schematically in perspective view of a metallic workpiece in the form of a closed tube profile,

2 schematisch einen Ausschnitt eines in 1 gezeigten metallischen Werkstückes mit partiell angespritztem Kunststoff, 2 schematically a section of an in 1 shown metallic workpiece with partially molded plastic,

3 schematisch in perspektivischer Ansicht ein metallisches Werkstückes mit partiell angespritztem Kunststoff, und 3 schematically in perspective view of a metallic workpiece with partially molded plastic, and

4 schematisch ein weiteres Verbundbauteil in Form eines offenen Profils als Dachrahmen eines Fahrzeuges. 4 schematically another composite component in the form of an open profile as the roof frame of a vehicle.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in the figures with the same reference numerals Mistake.

In 1 ist ein metallisches Werkstück 1, insbesondere ein geschlossenes Rohrprofil dargestellt. Das metallische Werkstück 1 ist dabei in einem vorumgeformten Zustand dargestellt.In 1 is a metallic workpiece 1 , in particular a closed pipe profile shown. The metallic workpiece 1 is shown in a pre-formed state.

Handelt es sich bei dem metallischen Werkstück 1 z. B. um ein Blechteil, welches vorumgeformt wird, so wird unter Vorumformung beispielsweise ein Tiefziehen, Schneiden und/oder ein Stanzen verstanden.Is it the metallic workpiece 1 z. Example, to a sheet metal part, which is pre-formed, so under pre-forming, for example, a deep drawing, cutting and / or punching understood.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, dass das metallische Werkstück 1 vorumgeformt ist.For carrying out the method according to the invention, it is not necessary that the metallic workpiece 1 is pre-formed.

Zur Herstellung eines Verbundbauteiles 1', 2 wie in den 2 bis 4 gezeigt, wird das metallische Werkstück 1 an vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5 mit Kunststoff K umspritzt. Mit anderen Worten: Das metallische Werkstück 1 wird lokal an den vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5 (= lokale Beschichtungsstellen) mit Kunststoff K umspritzt.For the production of a composite component 1' . 2 like in the 2 to 4 shown, becomes the metallic workpiece 1 in predetermined places 1.1 to 1.5 with plastic K overmoulded. In other words: the metallic workpiece 1 becomes local at the given places 1.1 to 1.5 (= local coating sites) with plastic K overmoulded.

Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass das metallische Werkstück 1 beispielsweise nach der Vorumformung, z. B. mittels eines Greifersystems in einer automatischen Produktionsumgebung in eine Eingangsstation einer so genannten Beschichtungszelle positioniert wird.For this purpose, the inventive method provides that the metallic workpiece 1 for example, after pre-forming, for. B. is positioned by means of a gripper system in an automatic production environment in an input station of a so-called coating cell.

Das metallische Werkstück 1 wird beispielsweise an einer Eingangsstation der Beschichtungszelle einem Reinigungsprozess zugeführt, bei dem das metallische Werkstück 1 in Form des geschlossenen Rohrprofils beispielsweise von Schmutz, Metallspänen, Öl und/oder Fetten befreit wird. Während des Reinigungsprozesses wird das metallische Werkstück 1 z. B. in einem Spritz- und/oder Tauchverfahren mit anschließendem Bürsten und wiederholtem Abspritzen und/oder Tauchen gereinigt.The metallic workpiece 1 For example, at an input station of the coating cell supplied to a cleaning process in which the metallic workpiece 1 is freed in the form of the closed pipe profile, for example, dirt, metal shavings, oil and / or fats. During the cleaning process, the metallic workpiece 1 z. B. cleaned in a spraying and / or dipping method with subsequent brushing and repeated spraying and / or dipping.

Durch den an dem metallischen Werkstück 1 durchgeführten Reinigungsprozess weist das metallische Werkstück 1 anschließend, vorzugsweise vollflächig, eine saubere und benetzbare Oberfläche auf.By the on the metallic workpiece 1 performed cleaning process has the metallic workpiece 1 then, preferably over the entire surface, a clean and wettable surface.

In einem weiteren Verfahrensschritt des Reinigungsprozesses wird das gereinigte metallische Werkstück 1 einer Vorbehandlung unterzogen, um eine reaktive, metallische Oberfläche des metallischen Werkstückes 1 insbesondere vor zukünftiger Korrosion zu schützen. Darüber hinaus wird mittels der Vorbehandlung sichergestellt, dass organische Schichten an der Oberfläche des metallischen Werkstückes 1 haften und dass Umformeigenschaften vorteilhaft verbessert werden.In a further process step of the cleaning process, the cleaned metallic workpiece 1 subjected to a pretreatment to a reactive, metallic surface of the metallic workpiece 1 especially to protect against future corrosion. In addition, the pre-treatment ensures that organic layers on the surface of the metallic workpiece 1 adhere and that forming properties are advantageously improved.

Den Verfahrensschritt der Vorbehandlung folgend, wird die Oberfläche des metallischen Werkstückes 1 vorzugsweise kurz, z. B. im Sekundenbereich, beispielsweise bei 80° bis 120° getrocknet. Durch die schnelle Trocknung der Oberfläche wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, dass die nachfolgende Beschichtung, insbesondere eine Beschichtung mit einem Haftvermittler, auch Primer genannt, nicht beeinträchtigt wird.Following the process step of the pre-treatment, the surface of the metallic workpiece 1 preferably short, z. B. in the second range, for example, dried at 80 ° to 120 °. The rapid drying of the surface is achieved in a particularly advantageous manner that the subsequent coating, in particular a coating with a primer, also called primer is not affected.

Nach der Trocknung wird auf das metallische Werkstück 1, insbesondere auf die vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5, die Stellen, an welche Kunststoff K angespritzt werden soll, der Haftvermittler aufgebracht. Hierzu wird der Haftvermittler beispielsweise in einem Pulverschichtverfahren mittels elektrostatisch arbeitenden Sprühpistolen, beispielsweise mittels automatisch arbeitenden Sprühpistolen, auf die vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5, an die Kunststoff K angespritzt werden soll, appliziert.After drying, apply to the metallic workpiece 1 , in particular to the prescribed places 1.1 to 1.5 , The places to which plastic K is to be injected, applied the bonding agent. For this purpose, the bonding agent is, for example, in a powder layer process by means of electrostatically operating spray guns, for example by means of automatic spray guns, to the predetermined locations 1.1 to 1.5 , to which plastic K is to be injected, applied.

Dadurch, dass der Haftvermittler nach dem Vorumformen auf die vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5 des metallischen Werkstückes 1 aufgebracht wird, wird in besonders vorteilhafter Weise eine Rissbildung und/oder Beschädigungen an einer Haftvermittleroberfläche auf den vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5 verringert. Ferner wird durch das Aufbringen des Haftvermittlers eine Verbundhaftung zwischen metallischer Oberfläche der vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5 und dem Kunststoff K optimiert sowie eine Alterungsbeständigkeit der Verbundhaftung verbessert, wodurch ein Korrosionsschutz des späteren Verbundbauteiles 1', welches in den 2 und 3 näher dargestellt ist, erhöht wird.Characterized in that the bonding agent after the pre-forming on the predetermined locations 1.1 to 1.5 of the metallic workpiece 1 is applied, cracking and / or damage to a primer surface on the predetermined locations is in a particularly advantageous manner 1.1 to 1.5 reduced. Furthermore, by applying the adhesion promoter, a composite adhesion between the metallic surface of the predetermined locations 1.1 to 1.5 and the plastic K and improved aging resistance of the composite adhesion, whereby a corrosion protection of the later composite component 1' , which in the 2 and 3 is shown in more detail, is increased.

Im Anschluss an das Aufbringen des Haftvermittlers auf die vorgegebenen Stellen 1.1 bis 1.5, wird die so genannte Applizierungsschicht, insbesondere die Haftvermittlerbeschichtung, in einer Trockenanlage beispielsweise durch Konvektionstrocknung getrocknet, insbesondere ausgehärtet.Following the application of the primer to the specified locations 1.1 to 1.5 , the so-called application layer, in particular the adhesion promoter coating, is dried in a dry plant, for example by convection drying, in particular cured.

Darauf folgend wird das durch die Konvektionstrocknung vorgewärmte metallische Werkstück 1, dessen vorgegebene Stellen 1.1 bis 1.5 mit dem Haftvermittler versehen ist, beispielsweise mittels eines weiteren Greifersystems in einem Werkzeug angeordnet und in einem Direktverfahren umgeformt sowie mit dem Kunststoff K umspritzt.Subsequently, the metallic workpiece preheated by the convection drying becomes 1 , its predetermined places 1.1 to 1.5 provided with the adhesion promoter, for example, arranged by means of a further gripper system in a tool and formed in a direct process and overmoulded with the plastic K.

Durch die Vorwärmung des metallischen Werkstückes 1, welche durch die Konvektionstrocknung erreicht wird, ist in besonders vorteilhafter Weise keine weitere Vorwärmung des metallischen Werkstückes 1 zum Umformen, insbesondere zur Warmumformung, und/oder Umspritzen erforderlich.By preheating the metallic workpiece 1 , which is achieved by the convection drying, is in a particularly advantageous manner, no further preheating of the metallic workpiece 1 for forming, in particular for hot forming, and / or encapsulation required.

2 zeigt einen Ausschnitt des Verbundbauteiles 1', insbesondere das in 1 dargestellte Rohrprofil, welches entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren partiell mit Kunststoff K umspritzt ist. Insbesondere zeigt die 2 eine vorgegebene dritte Stelle 1.3, die mit Kunststoff K umspritzt ist. 2 shows a section of the composite component 1' , especially the in 1 shown tubular profile which is partially encapsulated according to the method according to the invention with plastic K. In particular, the shows 2 a given third place 1.3 which is molded with plastic K.

3 zeigt das Verbundbauteil 1', insbesondere einen Cockpit- oder einen Frontend-Querträger, welcher aus dem in 1 gezeigten Rohrprofil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Dabei ist gezeigt, dass an den vorgegeben Stellen 1.1 bis 1.5 Kunststoff K angespritzt ist. 3 shows the composite component 1' , in particular a cockpit or a front-end cross member, which from the in 1 tube profile shown was prepared by the process of the invention. It is shown that at the given places 1.1 to 1.5 Plastic K is injected.

In 4 ist ein weiteres Verbundbauteil 2 insbesondere in Form eines Dachrahmens eines Fahrzeuges dargestellt, wobei vor dem Spritzgießvorgang auf eine vorgebbare Fläche A des Dachrahmens, insbesondere an einer Innenseite großflächig ein Haftvermittler aufgebracht ist.In 4 is another composite component 2 represented in particular in the form of a roof frame of a vehicle, wherein before the injection molding on a predeterminable surface A of the roof frame, in particular on an inner side over a large area an adhesion promoter is applied.

Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft möglich, Prozessfehler beispielsweise beim Umspritzen und/oder Anspritzen des metallischen Werkstückes 1 mit Kunststoff K durch Verschmutzungen, beispielsweise Staub und/oder Fett, zu verringern.On the basis of the method according to the invention, it is particularly advantageous possible process errors, for example, during encapsulation and / or injection molding of the metallic workpiece 1 with plastic K by soiling, such as dust and / or fat to reduce.

Darüber hinaus wird durch eine komplette flächige Beschichtung des metallischen Werkstückes 1, insbesondere während der Vorbehandlung, ein Korrosionsschutz von metallischen Werkstücken beispielsweise in Form von Stahlblechen erhöht. Dabei resultiert der erhöhte Korrosionsschutz insbesondere daraus, dass die Vorbehandlung nach dem Vorumformen, beispielsweise Stanzen, des metallischen Werkstückes 1 durchgeführt wird und somit aus dem Stanzvorgang resultierende Schnittstellen mitbeschichtet werden.In addition, by a complete surface coating of the metallic workpiece 1 , especially during the pretreatment, increases corrosion protection of metallic workpieces, for example in the form of steel sheets. The increased corrosion protection results in particular from the fact that the pretreatment after the pre-forming, for example stamping, of the metallic workpiece 1 is carried out and thus mitbe from the punching resulting interfaces be layered.

Dadurch, dass der Haftvermittler nur auf vorgegebene Stellen 1.1 bis 1.5 bzw. Flächen A des metallischen Werkstückes 1 aufgebracht wird, die angespritzt und/oder umspritzt werden sollen, entfällt eine unnötige Beschichtung, wodurch eine Menge an Haftvermittler eingespart werden kann.Due to the fact that the bonding agent only to predetermined places 1.1 to 1.5 or surfaces A of the metallic workpiece 1 is applied, which are to be sprayed and / or overmoulded, eliminating an unnecessary coating, whereby a lot of adhesion promoter can be saved.

Weiterhin wird eine Verbundhaftung zwischen metallischen Werkstück 1 und Kunststoff K beim Umspritzen und/oder Anspritzen des metallischen Werkstückes 1 verbessert, da das metallische Werkstück 1 unmittelbar vor dem Umspritzen und/oder Anspritzen beispielsweise durch Konvektionstrocknung getrocknet, insbesondere ausgehärtet wird, wodurch das metallische Werkstück 1 bereits eine bestimmte Vortemperatur aufweist.Furthermore, a bond between the metallic workpiece 1 and plastic K during encapsulation and / or molding of the metallic workpiece 1 improved because the metallic workpiece 1 dried, for example, by convection drying immediately before the encapsulation and / or molding, in particular cured, whereby the metallic workpiece 1 already has a certain pre-temperature.

Ferner ist durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Spritzgießprozess verbessert, da das metallische Werkstück 1 durch die Trocknung, insbesondere Aushärtung, eine Vortemperatur aufweist, die an den Temperaturbereich des Schmelzpunktes des Kunststoffes K angenähert ist.Furthermore, an injection molding process is improved by the inventive method, since the metallic workpiece 1 by the drying, in particular curing, a pre-temperature which is approximate to the temperature range of the melting point of the plastic K.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in besonders vorteilhafter Weise keine zusätzliche Aktivierung des Haftvermittlers erforderlich, da der Haftvermittler bereits bei der Trocknung beispielsweise der Konvektionstrocknung aktiviert wird.at Application of the method according to the invention is in a particularly advantageous manner, no additional activation the bonding agent required because the bonding agent already during drying, for example, the convection drying is activated.

11
metallisches Werkstückmetallic workpiece
1.1 bis 1.51.1 to 1.5
vorgegebene Stellespecified Job
1'1'
Verbundbauteilcomposite component
22
weiteres Verbundbauteiladditional composite component
AA
vorgegebene Flächespecified area
KK
Kunststoffplastic

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 01/98052 A1 [0002] WO 01/98052 A1 [0002]

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles (1', 2), insbesondere eines Metall-Kunststoff-Verbundbauteiles, wobei ein metallisches Werkstück (1) zumindest partiell mit Kunststoff (K) umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Spritzgießvorgang auf das metallische Werkstück (1), insbesondere auf mit Kunststoff (K) zu bespritzende Stellen (1.1 bis 1.5) und/oder Flächen (A), ein Haftvermittler aufgebracht wird.Method for producing a composite component ( 1' . 2 ), in particular a metal-plastic composite component, wherein a metallic workpiece ( 1 ) is at least partially encapsulated with plastic (K), characterized in that prior to the injection molding on the metallic workpiece ( 1 ), in particular on bodies to be sprayed with plastic (K) ( 1.1 to 1.5 ) and / or surfaces (A), an adhesion promoter is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) vor Aufbringen des Haftvermittlers gereinigt wird.Method according to claim 1, characterized in that the workpiece ( 1 ) is cleaned before applying the primer. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) nach dem Reinigen getrocknet wird.Method according to claim 2, characterized in that the workpiece ( 1 ) is dried after cleaning. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) nach Aufbringen des Haftvermittlers getrocknet, insbesondere ausgehärtet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the workpiece ( 1 ) is dried after application of the primer, in particular cured. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) unmittelbar nach dem Trocknen in einem Werkzeug angeordnet wird, in welchem das Werkstück (1) mit Kunststoff (K) umspritzt und/oder umgeformt wird.Method according to claim 4, characterized in that the workpiece ( 1 ) is placed immediately after drying in a tool in which the workpiece ( 1 ) is overmoulded with plastic (K) and / or reshaped. Verbundbauteil, insbesondere Metall-Kunststoffverbundbauteil, das nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.Composite component, in particular metal-plastic composite component, that according to a method according to one of the claims 1 to 5 is made. Querträger oder Dachrahmen eines Fahrzeuges als Verbundbauteil (1', 2), welches nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.Cross member or roof frame of a vehicle as a composite component ( 1' . 2 ), which is prepared by a method according to any one of claims 1 to 5. Querträger- oder Dachrahmen eines Fahrzeuges als Verbundbauteil (1', 2), welches in einem Verfahren gemäß einem Ansprüche 1 bis 4 herstellbar ist.Cross member or roof frame of a vehicle as a composite component ( 1' . 2 ), which can be produced in a method according to one of claims 1 to 4. Verbundbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil (1', 2) eine Rückwand, eine Stirnwand oder ein Frontendträger eines Fahrzeuges ist.Composite component according to claim 6, characterized in that the composite component ( 1' . 2 ) is a rear wall, an end wall or a front end support of a vehicle.
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DE102013018452B4 (en) * 2013-11-02 2020-09-10 Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule Aachen e.V. Method for producing a composite component consisting of at least one plastic component and at least one metal component

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