DE102010025618A1 - Connecting arrangement and method for its production - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (22) eines faserverstärkten Verbundbauteils (10) mit einem weiteren, zumindest teilweise metallischen Bauteil (24), bei welcher das Verbundbauteil (10) wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix (14) eingebettete Verstärkungsfaser (12) aufweist, welche über einen Endbereich (18) des Verbundbauteils (10) hinausragt, wobei die wenigstens eine metallische Verstärkungsfaser (12) stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil (24) verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung (22). Die Verbindungsanordnung (22) sowie das Verfahren ermöglichen die Anwendung konventioneller Schweißverfahren zum Fügen von Faserverbundbauteilen (10), was sowohl die Herstellung als auch die Reparatur solcher Verbindungsanordnungen (22) erleichtert und kostengünstiger gestaltet.The invention relates to a connection arrangement (22) of a fiber-reinforced composite component (10) with a further, at least partially metallic component (24), in which the composite component (10) has at least one metallic reinforcing fiber (12) embedded in a plastic matrix (14), which projects beyond an end region (18) of the composite component (10), the at least one metallic reinforcing fiber (12) being integrally connected, in particular welded or soldered, to the further component (24). The invention further relates to a method for producing such a connection arrangement (22). The connection arrangement (22) and the method enable the use of conventional welding methods for joining fiber composite components (10), which both facilitates the manufacture and repair of such connection arrangements (22) and makes them more cost-effective.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines faserverstärkten Verbundbauteils mit einem weiteren Bauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Reparieren einer solchen Verbindungsanordnung.The invention relates to a connection arrangement of a fiber-reinforced composite component with a further component according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a connection arrangement. The invention further relates to a method for repairing such a connection arrangement.

Im Kraftwagenbau finden aufgrund von Leichtbauerwägungen zunehmende faserverstärkte Verbundbauteile Anwendung. Solche Bauteile umfassen eine Matrix aus einem Kunststoff, in welche Verstärkungsfasern eingebettet sind. Durch die Verstärkungsfasern weisen derartige Verbundbauteile eine besonders gute Zugfestigkeit in Faserrichtung bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht auf.In motor vehicle construction, increasing fiber-reinforced composite components are used due to lightweight construction considerations. Such components comprise a matrix of a plastic in which reinforcing fibers are embedded. As a result of the reinforcing fibers, such composite components have a particularly good tensile strength in the fiber direction and at the same time a very low weight.

Da üblicherweise solche Verbundbauteile nur für Teilbereiche einer Kraftwagenkarosserie Anwendung finden, ist es im Karosseriebau notwendig, Verbindungen zwischen faserverstärkten Verbundbauteilen und weiteren Bauteilen der Kraftwagenkarosserie zu schaffen. Hierfür werden in der Regel form- oder kraftschlüssige Fügemethoden gewählt. Beispielsweise können faserverstärkte Verbundbauteile untereinander oder mit metallischen Karosseriebauteilen verklebt oder unter Zuhilfenahme mechanischer Fügeelemente wie Schrauben, Bolzen, Nieten oder dergleichen verbunden werden.Since such composite components are usually used only for partial areas of a motor vehicle body, it is necessary in body construction to create connections between fiber-reinforced composite components and other components of the motor vehicle body. For this purpose, positive or non-positive joining methods are usually selected. For example, fiber-reinforced composite components can be bonded together or with metallic body components or connected with the aid of mechanical joining elements such as screws, bolts, rivets or the like.

Aus der DE 10 2007 023 836 A1 ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung eines faserverstärkten Bauteilen mit einem weiteren Bauteil bekannt. Das faserverstärkte Bauteil weist Verstärkungsfasern auf, welche über einen Endbereich des Bauteils hinausragen. Die Verbindung wird durch Einbetten der hinausragenden Verstärkungsfasern in das zweite Bauteil hergestellt. Dies kann durch Eingießen der hinausragenden Fasern in das zweite Bauteil realisiert werden. Die DE 10 2007 023 836 A1 beschreibt ferner ein Einwalzen der überstehenden Fasern zwischen zwei Blechhalbzeugen, die anschließend untereinander verschweißt werden. Die überstehenden Fasern des Faserverbundbauteils werden dabei kraftschlüssig zwischen den miteinander verwalzten und untereinander verschweißten Blechhalbzeugen gehalten.From the DE 10 2007 023 836 A1 Furthermore, a method for producing a compound of a fiber-reinforced components with another component is known. The fiber-reinforced component has reinforcing fibers which protrude beyond an end region of the component. The connection is made by embedding the protruding reinforcing fibers in the second component. This can be realized by pouring the protruding fibers into the second component. The DE 10 2007 023 836 A1 also describes a rolling in of the protruding fibers between two semi-finished sheet metal, which are then welded together. The protruding fibers of the fiber composite component are thereby frictionally held between the mutually rolled and welded together semi-finished sheet metal.

Die bekannten Verfahren zum Herstellen solcher Verbindungsanordnungen sind entweder aufwändig in ihrer Durchführung oder führen zu nur begrenzt haltbaren Verbindungen der jeweiligen Bauteile. Treten an einem der Bauteile Beschädigungen auf, so muss in der Regel die gesamte Verbindungsanordnung ausgetauscht werden, da eine abschnittsweise Reparatur aufgrund der verwendeten Fügeverfahren nur selten möglich ist.The known methods for producing such connection arrangements are either complex in their implementation or lead to only limited durable connections of the respective components. If damage occurs to one of the components, then as a rule the entire connection arrangement must be replaced, since a partial repair is rarely possible due to the joining methods used.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende, mechanisch stabile und leicht reparierbare Verbindungsanordnung zwischen einem faserverstärkten Verbundbauteil und einem weiteren Bauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung, sowie ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Reparieren einer solchen Verbindungsanordnung bereitzustellen.The present invention is therefore based on the object to provide a simple to manufacture, mechanically stable and easily repairable connection arrangement between a fiber-reinforced composite component and another component according to the preamble of patent claim 1. A further object of the present invention is to provide a simple and inexpensive method for producing such a connection arrangement, as well as a simple and cost-effective method for repairing such a connection arrangement.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch ein Verfahren zum Reparieren einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a connection arrangement having the features of patent claim 1, a method for producing a connection arrangement having the features of patent claim 5 and by a method for repairing a connection arrangement having the features of patent claim 9.

Eine solche Verbindungsanordnung umfasst ein faserverstärktes Verbundbauteil sowie ein weiteres, zumindest teilweise metallisches Bauteil. Das Verbundbauteil weist wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfaser auf, welche über einen Endbereich des Verbundbauteils hinausragt. Erfindungsgemäß ist eine Verbindung zwischen dem Verbundbauteil und dem weiteren Bauteil dadurch bereitgestellt, dass die wenigstens eine metallische Verstärkungsfaser stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist.Such a connection arrangement comprises a fiber-reinforced composite component and a further, at least partially metallic component. The composite component has at least one metallic reinforcing fiber embedded in a plastic matrix, which protrudes beyond an end region of the composite component. According to the invention, a connection between the composite component and the further component is provided by the fact that the at least one metallic reinforcing fiber is materially connected to the further component, in particular welded or soldered.

Zur Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung sind also weder aufwändige Verfahren zum Einbetten der überstehenden Verstärkungsfasern in das weitere Bauteil, noch mechanische Fügeelemente notwendig. Die Verbindung kann vielmehr mit konventionellen stoffschlüssigen Verfahren, wie sie zum Fügen metallischer Bauteile üblich sind, hergestellt werden. Das faserverstärkte Verbundbauteil kann bei der Herstellung – und auch bei der Reparatur – einer solchen Verbindungsanordnung wie ein übliches metallisches Karosseriebauteil bearbeitet werden. Das Schweißen oder Löten kann dabei durch einen konventionellen Roboter erfolgen, so dass keine Investitionen in teuere neue Werkzeuge notwendig sind. Gleichzeitig ist die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen aufgrund des Stoffschlusses besonders fest und haltbar.For the preparation of such a connection arrangement so neither expensive process for embedding the protruding reinforcing fibers in the further component, nor mechanical joining elements are necessary. Rather, the connection can be made with conventional cohesive methods, as are customary for joining metallic components. The fiber-reinforced composite component can be processed in the manufacture - and also in the repair - of such a connection arrangement as a conventional metallic body component. The welding or soldering can be done by a conventional robot, so that no investment in expensive new tools are necessary. At the same time, the connection between the two components is particularly strong and durable due to the material bond.

Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung erlaubt nicht nur die Integration von faserverstärkten Verbundbauteilen in metallische Karosserien, sie kann vielmehr auch Anwendung zum Verbinden von Verbundbauteilen untereinander finden. Beispielsweise ist es möglich, zwei Verbundbauteile mit jeweiligen überstehenden metallischen Verstärkungsfasern zu einer derartigen Verbindungsanordnung zu fügen. Das weitere Bauteil kann ferner ein Kunststoffbauteil mit eingegossenen metallischen Einlegern oder einer metallischen Beschichtung sein, welche ebenfalls mit den überstehenden Verstärkungsfasern des Verbundbauteils verschweißbar sind.The connection arrangement according to the invention not only allows the integration of fiber-reinforced composite components in metallic bodies, but they can also find application for connecting composite components with each other. For example, it is possible to form two composite components with respective protruding metallic reinforcing fibers Add connection arrangement. The further component may also be a plastic component with cast-metallic inserts or a metallic coating, which are also welded to the protruding reinforcing fibers of the composite component.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das faserverstärkte Verbundbauteil eine Mehrzahl von metallischen Verstärkungsfasern auf, welche jeweils über den Endbereich des Verbundbauteils hinausragen. Diese Fasern sind untereinander zu einem Fügeelement verbunden, welches stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist. Die Fasern können beispielsweise untereinander verdrillt, geflochten oder bereits untereinander verschweißt sein. Hierdurch wird eine besonders stabile Fügefläche zum Verbinden der Bauteile untereinander geschaffen. Die Form des Fügeelements kann dabei je nach Art der Verbindungsanordnung frei gewählt werden. Beispielsweise können die überstehenden Fasern einen Flansch ausbilden.In a preferred embodiment of the invention, the fiber-reinforced composite component has a plurality of metallic reinforcing fibers, which respectively project beyond the end region of the composite component. These fibers are connected to one another to a joining element, which is materially connected to the other component, in particular welded or soldered. The fibers can, for example, be twisted, braided or already welded together. As a result, a particularly stable joining surface for connecting the components is created with each other. The shape of the joining element can be chosen freely depending on the type of connection arrangement. For example, the protruding fibers can form a flange.

Durch das Formen der überstehenden Fasern zu einem Fügeelement kann ferner ein zusätzlicher Formschluss zwischen den Bauteilen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Fügeelement die Form einer Öse besitzen, welche ein entsprechendes Gegenstück des weiteren Bauteils umschließt. Durch die Kombination von Stoffschluss und Formschluss wird eine besonders stabile Verbindungsanordnung erhalten.By forming the protruding fibers into a joining element, an additional positive connection between the components can furthermore be provided. For example, the joining element may have the shape of an eyelet, which encloses a corresponding counterpart of the further component. The combination of material bond and form-fit a particularly stable connection arrangement is obtained.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Verbindungsbereich zwischen dem faserverstärkten Verbundbauteil und dem weiteren Bauteil ein metallisches Hilfsfügeelement angeordnet und mit der wenigstens einen metallischen Verstärkungsfaser und/oder dem weiteren Bauteil stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet. Ein solches Hilfsfügeelement kann die Festigkeit der Verbindungsanordnung weiter erhöhen. Gleichzeitig kann das Hilfsfügeelement als Anschlag oder Zentrierelement ausgebildet sein, so dass die Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung besonders prozesssicher möglich ist.In a further embodiment of the invention, a metallic Hilfsfügeelement is arranged in a connection region between the fiber-reinforced composite component and the further component and materially connected to the at least one metallic reinforcing fiber and / or the other component, in particular welded or soldered. Such a Hilfsfügeelement can further increase the strength of the connection assembly. At the same time, the auxiliary joining element can be designed as a stop or centering element, so that the production of such a connection arrangement is particularly reliable.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung eines faserverstärkten Verbundbauteils mit einem weiteren, zumindest teilweise metallischen Bauteil. Hierfür wird ein Verbundbauteil verwendet, welches wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfaser aufweist. Zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung wird erfindungsgemäß ein über einen Endbereich des Verbundbauteils hinausragender Abschnitt der wenigstens einen metallischen Verstärkungsfaser mit dem weiteren Bauteil stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet.The invention further relates to a method for producing a connection arrangement of a fiber-reinforced composite component with a further, at least partially metallic component. For this purpose, a composite component is used, which has at least one metallic, embedded in a plastic matrix reinforcing fiber. To produce such a connection arrangement, according to the invention, a section of the at least one metallic reinforcing fiber which projects beyond an end region of the composite component is connected in a materially bonded manner to the further component, in particular welded or soldered.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit, faserverstärkte Verbundbauteile mit aus der Metallverarbeitung bekannten Verfahren zu verbinden. Damit können beispielsweise auf einfachste Weise Kraftwagenkarosserien gefertigt werden, die sowohl rein metallische als auch Verbundbauteile umfassen. Da das Verschweißen durch konventionelle Schweißroboter erfolgen kann, ist es zudem möglich, unterschiedliche Karosserievarianten, bei welchen ein bestimmtes Bauteil alternativ als Metallbauteil oder Verbundbauteil ausgeführt ist, in der selben Fertigungslinie zu fertigen, ohne dass die Fügewerkzeuge ausgetauscht oder umkonfiguriert werden müssen.The method according to the invention thus makes it possible to join fiber-reinforced composite components with methods known from metal processing. Thus, for example, can be made in the simplest way motor vehicle bodies that include both purely metallic and composite components. Since the welding can be carried out by conventional welding robots, it is also possible to manufacture different body variants, in which a specific component is alternatively designed as a metal component or composite component in the same production line, without the joining tools must be replaced or reconfigured.

Darüber hinaus ist es möglich, auch ein weiteres Bauteil, welches als Verbundbauteil ausgebildet ist, zu verwenden. Voraussetzung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist lediglich das Vorhandensein eines schweißbaren Metallbereichs in einer Fügezone des weiteren Bauteils. Mittels des beschriebenen Verfahrens können somit auch mehrere Verbundbauteile mit metallischen Verstärkungsfasern miteinander verbunden werden. Auch Kunststoffbauteile mit metallischen Einlegern oder metallischen Beschichtungen können auf die beschriebene Art mit Verbundbauteilen mit überstehenden metallischen Verstärkungsfasern verschweißt werden.Moreover, it is also possible to use a further component, which is designed as a composite component. The only prerequisite for carrying out the method according to the invention is the presence of a weldable metal region in a joining zone of the further component. Thus, by means of the method described, a plurality of composite components with metallic reinforcing fibers can be connected to one another. Also plastic components with metallic inserts or metallic coatings can be welded in the manner described with composite components with protruding metallic reinforcing fibers.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden vor dem Fügen des Verbundbauteils mit dem weiteren Bauteil mehrere, über den Endbereich des Verbundbauteils hinausragende metallische Verstärkungsfasern untereinander zu einem Fügeelement verbunden. Das so gebildete Fügeelement wird schließlich stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet. Zum Einen wird hierdurch eine besonders stabile Fügeverbindung zwischen dem Verbundbauteil und dem weiteren Bauteil geschaffen. Zum Anderen ist es hierdurch ermöglicht, nahezu beliebige Fügegeometrien am Verbundbauteil zu schaffen. Die über den Endbereich des Verbundbauteils hinausragenden Metallfasern können beispielsweise durch Verdrillen, Flechten oder auch durch stoffschlüssiges Fügen miteinander verbunden und in die gewünschte Form gebogen werden. Auf diese Art können beispielsweise metallische Abschlüsse für den Endbereich des Verbundbauteils, Flansche, Ösen, Haken oder dergleichen geformt werden.In a preferred embodiment of the invention, before the joining of the composite component with the further component, a plurality of metallic reinforcing fibers projecting beyond the end region of the composite component are connected to one another to form a joining element. The joining element thus formed is finally materially connected to the other component, in particular welded or soldered. On the one hand, this creates a particularly stable joint connection between the composite component and the further component. On the other hand, this makes it possible to create almost any joining geometries on the composite component. The metal fibers projecting beyond the end region of the composite component can be connected to one another, for example by twisting, braiding or else by materially joining, and bent into the desired shape. In this way, for example, metallic terminations for the end portion of the composite component, flanges, eyelets, hooks or the like can be formed.

Es ist dabei besonders zweckmäßig, das Fügeelement des Verbundbauteils so zu formen, dass es eine zusätzliche formschlüssige Verbindungsfunktion übernehmen kann. Nach dem Formen eines solchen Fügeelements wird zunächst der Formschluss zwischen dem Verbundbauteil und dem weiteren Bauteil hergestellt. Beispielsweise kann ein als Öse ausgebildetes Fügeelement um eine komplementäre Struktur des weiteren Bauteils gelegt werden. Nach dem Herstellen des Formschlusses erfolgt dann das eigentliche stoffschlüssige Fügen, beispielsweise durch Verschweißen des Fügeelements mit dem weiteren Bauteil. Insgesamt wird so eine besonders feste Verbindung geschaffen, da sich der Formschluss und der Stoffschluss ergänzen.It is particularly expedient to form the joining element of the composite component so that it can take on an additional positive connection function. After forming such a joining element is first of Formed fit between the composite component and the other component. For example, a joining element designed as an eyelet can be placed around a complementary structure of the further component. After the positive connection has been made, the actual integral joining takes place, for example by welding the joining element to the further component. Overall, a particularly firm connection is created, since the positive connection and the material complement each other.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem stoffschlüssigen Verbinden des Verbundbauteils mit dem weiteren Bauteil ein metallisches Hilfsfügeelement in einem Verbindungsbereich der beiden Bauteile angeordnet. Hierbei kann es sich beispielsweise um Einlege- oder Umlaufteile handeln, die als Anschläge oder Zentrierungen dienen können und gleichzeitig zur Festigkeit der resultierenden Verbindung beitragen. Das Hilfsfügeelement kann verwendet werden, um die metallischen Verstärkungsfasern und das weitere Bauteil mittelbar miteinander zu verbinden, die Verstärkungsfasern und das weitere Bauteil können jedoch auch unmittelbar miteinander verschweißt werden, wobei das Hilfsfügeelement eine zusätzliche Verbindung zwischen den Bauteilen bereitstellt und sowohl mit den Verstärkungsfasern, als auch mit dem weiteren Bauteil verschweißt ist.In a further embodiment of the invention, a metallic auxiliary joining element is arranged in a connecting region of the two components prior to the integral connection of the composite component with the further component. This may be, for example, insert or circulating parts, which can serve as stops or centering and at the same time contribute to the strength of the resulting compound. The auxiliary joining element may be used to indirectly interconnect the metallic reinforcing fibers and the further component, however, the reinforcing fibers and the further component may also be directly welded together, the auxiliary joining element providing an additional connection between the components and both the reinforcing fibers, also welded to the other component.

Die Erfindung betrifft schließlich noch ein Verfahren zum Reparieren einer Verbindungsanordnung eines faserverstärkten Verbundbauteils mit einem weiteren, zumindest teilweise metallischen Bauteil, welche in einem Fügebereich über wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix des Verbundbauteils eingebettete Verstärkungsfaser, welche über einen Endbereich des Verbundbauteils hinausragt, stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Zur Reparatur einer solchen Verbindungsanordnung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, zunächst einen Teilbereich der Verbindungsanordnung, welcher einen beschädigten Bereich sowie den Fügebereich umfasst, auszuschneiden. Der beschädigte Bereich wird anschließend durch ein Reparaturbauteil ersetzt, welche sowohl mit der wenigstens einen metallischen Verstärkungsfaser als auch mit dem weiteren Bauteil stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt wird.Finally, the invention also relates to a method for repairing a connection arrangement of a fiber-reinforced composite component with a further, at least partially metallic component, which in a joining region via at least one metallic, embedded in a plastic matrix of the composite component reinforcing fiber, which protrudes beyond an end region of the composite component, with each other materially are connected. In order to repair such a connection arrangement, it is provided according to the invention to first cut out a partial area of the connection arrangement which comprises a damaged area as well as the joining area. The damaged area is then replaced by a repair component, which is materially connected, in particular welded, both to the at least one metallic reinforcing fiber and to the further component.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Abschnittsreparatur von Verbindungsanordnungen, welche wenigstens ein faserverstärktes Verbundbauteil aufweisen, ohne die Verbindungsanordnung durch Klebeverbindungen zu schwächen, wie es bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten Reparaturverfahren der Fall ist. Durch die Schweißverbindungen zwischen dem Reparaturbauteil und den verbleibenden Bereichen des Verbundbauteils und weiteren Bauteils wird vielmehr eine reparierte Verbindungsanordnung geschaffen, die in ihrer Festigkeit der ursprünglichen Verbindungsanordnung entspricht. Damit wird es möglich, auch teilweise aus Verbundmaterialen bestehende Kraftwagenkarosserien zu reparieren, ohne dass ein kostenaufwändiger Austausch kompletter Teile oder Baugruppen notwendig wird, wobei gleichzeitig die Festigkeit und Stabilität der Karosserie gewährleistet bleibt.The method according to the invention permits the section repair of connection arrangements which comprise at least one fiber-reinforced composite component without weakening the connection arrangement by adhesive bonds, as is the case in many repair methods known from the prior art. The welded connections between the repair component and the remaining regions of the composite component and further component rather a repaired connection arrangement is created, which corresponds in strength to the original connection arrangement. This makes it possible to partially repair existing car bodies consisting of composite materials, without the need for a costly replacement of complete parts or assemblies, while ensuring the strength and stability of the body remains guaranteed.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:In the following, the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. Showing:

1 Ein faserverstärktes Verbundbauteil zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; 1 A fiber-reinforced composite component for use in one embodiment of a connector assembly according to the invention;

2 Ein alternatives faserverstärktes Verbundbauteil zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; 2 An alternative fiber-reinforced composite component for use in an embodiment of a connector assembly according to the invention;

3 Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; 3 An embodiment of a connection arrangement according to the invention;

4 Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; 4 An alternative embodiment of a connection arrangement according to the invention;

5 Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit zusätzlichem Hilfsfügeelement; 5 An alternative embodiment of a connection arrangement according to the invention with additional auxiliary joining element;

6 Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit zusätzlichem Hilfsfügeelement; 6 An alternative embodiment of a connection arrangement according to the invention with additional auxiliary joining element;

7 Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit zusätzlichem Formschluss; 7 An alternative embodiment of a connection arrangement according to the invention with additional positive locking;

8 Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit zusätzlichem umgreifenden Hilfsfügeelement; 8th An alternative embodiment of a connection arrangement according to the invention with additional encompassing Hilfsfügeelement;

9 Ein alternatives, rohrförmiges faserverstärktes Verbundbauteil zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; 9 An alternative tubular fiber reinforced composite component for use in one embodiment of a connector assembly according to the invention;

Ein faserverstärktes Verbundbauteil 10 (1) umfasst eine Mehrzahl von metallischen Verstärkungsfasern 12, welche in einer Kunststoffmatrix 14 aufgenommen sind. Um die Verbindung des Verbundbauteils 10 mit weiteren, teilweise metallischen Bauteilen zu erleichtern, steht ein Teilabschnitt 16 der Verstärkungsfasern 12 über einen Endbereich 18 der Verbundbauteils über. Der überstehende Teilabschnitt 16 der metallischen Verstärkungsfasern kann genutzt werden, um die Verstärkungsfasern 12, und damit das Verbundbauteil 10, durch Schweißen mit weiteren metallischen Bauteilen zu verbinden. Hierdurch kann auf aufwändige Klebeverbindungen bzw. den Einsatz mechanischer Fügeelemente wie Schrauben, Nieten oder dergleichen verzichtet werden.A fiber-reinforced composite component 10 ( 1 ) comprises a plurality of metallic reinforcing fibers 12 which are in a plastic matrix 14 are included. To the connection of the composite component 10 to facilitate with other, partially metallic components, is a subsection 16 the reinforcing fibers 12 over an end area 18 the composite component over. The protruding section 16 The metallic reinforcing fibers can be used to reinforce the fibers 12 , and thus the composite component 10 , by welding with other metallic components too connect. As a result, expensive adhesive connections or the use of mechanical joining elements such as screws, rivets or the like can be dispensed with.

Wie 2 zeigt, können die überstehenden Teilabschnitte 16 der metallischen Verstärkungsfasern 12 zu einem Fügeelement 20 verbunden werden, welches einen metallischen Abschluss für den Endbereich 18 des Verbundbauteils 10 bildet. Hierzu können die Verstärkungsfasern 12 in die gewünschte Geometrie gebogen, untereinander verdrillt oder verflochten, bzw. untereinander verschweißt werden. Das Fügeelement 20 stellt somit eine metallische Fügefläche bereit, welche mit konventionellen, aus der Metallbearbeitung bekannten Fügeverfahren bearbeitet werden kann.As 2 shows, the protruding sections 16 the metallic reinforcing fibers 12 to a joining element 20 be connected, which has a metallic finish for the end 18 of the composite component 10 forms. For this purpose, the reinforcing fibers 12 bent into the desired geometry, twisted or intertwined with each other, or welded together. The joining element 20 thus provides a metallic joining surface, which can be machined with conventional, known from metalworking joining process.

Wie ein solches Fügeelement 20 zum Herstellen einer Verbindungsanordnung 22 genutzt werden kann, ist in 3 dargestellt. Die Verbindungsanordnung 22 umfasst neben dem Verbundbauteil 10 ein weiteres Bauteil 24, welches ebenfalls als Verbundbauteil mit metallischen Verstärkungsfasern 12 ausgebildet ist. Auch beim Bauteil 24 sind überstehende Bereich der Verstärkungsfasern 12 zu einem Fügeelement 20 zusammengefasst. Beide Bauteile 10, 24 besitzen also einen metallischen Abschluss in Form der Fügeelemente 20, die in der Verbindungsanordnung 22 auf Stoß aufeinandertreffen und miteinander verschweißt sind. Das weitere Bauteil 24 kann ein metallfaserverstärktes Kunststoffbauteil, ein metallisches Gussbauteil, ein metallisches Blechumformteil etc. sein.Like such a joining element 20 for making a connection assembly 22 can be used is in 3 shown. The connection arrangement 22 includes next to the composite component 10 another component 24 , which also as composite component with metallic reinforcing fibers 12 is trained. Also with the component 24 are protruding area of reinforcing fibers 12 to a joining element 20 summarized. Both components 10 . 24 So have a metallic finish in the form of joining elements 20 that in the connection arrangement 22 meet on impact and welded together. The other component 24 may be a metal fiber reinforced plastic component, a metallic cast component, a metallic sheet metal forming part, etc.

4 zeigt eine alternative Geometrie der Fügeelemente 20 in einer Verbindungsanordnung 22. Die Fügeelemente 20 erstrecken sich hier nur über die halbe Breite der Bauteile 10, 24 und sind seitlich gegeneinander versetzt. Damit steht beim Verschweißen der Fügeelemente 20 eine größere Schweißnahtlänge zur Verfügung. Zudem wird durch die gezeigte Geometrie der Fügeelemente 20 ein axialer Verlauf der Schweißnaht ermöglicht, welcher gegebenenfalls Vorteile gegenüber dem dazu senkrechten Verlauf der Schweißnaht im Ausführungsbeispiel gemäß 3 bieten kann. 4 shows an alternative geometry of the joining elements 20 in a connection arrangement 22 , The joining elements 20 extend here only over half the width of the components 10 . 24 and are laterally offset from each other. This is when welding the joining elements 20 a larger weld length available. In addition, by the geometry shown, the joining elements 20 an axial course of the weld allows, which optionally has advantages over the vertical course of the weld in the embodiment according to 3 can offer.

Im Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung 22 gemäß 5 wird die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 10, 24 durch ein zusätzliches metallisches Hilfsfügeelement 26 verstärkt. Zur Verbindung der beiden Bauteile 10, 24 sind zunächst die überstehenden Bereiche 16 der jeweiligen metallischen Verstärkungsfasern 12 miteinander verschweißt. Das Hilfsfügeelement 26 ist in jeweilige Ausnehmungen der Bauteile 10, 24 in deren Verbindungsbereich 30 eingelegt und ebenfalls mit den überstehenden Bereichen 16 der Verstärkungsfasern 12 verschweißt. Das Hilfsfügeelement 26 stabilisiert die Verbindungsanordnung 22 mechanisch und dient bei der Herstellung der Verbindungsanordnung 22 gleichzeitig als Anschlagelement, welches die Bauteile 10, 24 im gewünschten Abstand zueinander hält.In the embodiment of the connection arrangement 22 according to 5 will be the connection between the two components 10 . 24 by an additional metallic auxiliary joining element 26 strengthened. To connect the two components 10 . 24 are first the protruding areas 16 the respective metallic reinforcing fibers 12 welded together. The helper element 26 is in respective recesses of the components 10 . 24 in their connection area 30 inserted and also with the protruding areas 16 the reinforcing fibers 12 welded. The helper element 26 stabilizes the connection arrangement 22 mechanically and used in the manufacture of the connection arrangement 22 at the same time as a stop element, which the components 10 . 24 keeps each other at the desired distance.

Wie 6 zeigt, kann sich das Hilfsfügeelement 26 auch mit einem Schenkel 32 zwischen die Bauteile 10, 24 erstrecken. Auch hier ist das Hilfsfügelement 26 wieder in Ausnehmungen 28 im Verbindungsbereich 30 der Bauteile 10, 24 aufgenommen und kann ebenfalls als Anschlagelement dienen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 5 erfolgt die Verbindung der Bauteile 10, 24 hier indirekt. Die überstehenden Bereiche der Verstärkungsfasern 12 sind nicht direkt miteinander verschweißt, sondern vielmehr jeweils mit dem Schenkel 32 des Hilfsfügeleements 26, welches hier eine Brücke zwischen den Bauteilen 10, 24 bildet.As 6 shows, the auxiliary joining element 26 also with a thigh 32 between the components 10 . 24 extend. Again, this is the auxiliary 26 again in recesses 28 in the connection area 30 of the components 10 . 24 taken and can also serve as a stop element. In contrast to the embodiment according to 5 the connection of the components takes place 10 . 24 here indirectly. The protruding areas of the reinforcing fibers 12 are not directly welded together, but rather each with the thigh 32 of the auxiliary footing 26 , which is a bridge between the components 10 . 24 forms.

Zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung der Bauteile 10, 24 durch Verschweißen kann auch ein Formschluss vorgesehen sein, wie in 7 dargestellt. Die Verstärkungsfasern 12 des Verbundbauteils 10 bilden hier eine Öse 34 aus, in welcher ein komplementäres Formschlusselement 36 des weiteren Bauteils 24 aufgenommen ist. Zusätzlich sind die Verstärkungsfasern 12 mit dem Formschlusselement 36 verschweißt. Die Kombination von Formschluss und Stoffschluss verleiht der Verbindungsanordnung 22 eine besonders große Festigkeit.In addition to the integral connection of the components 10 . 24 by welding can also be provided a positive connection, as in 7 shown. The reinforcing fibers 12 of the composite component 10 form an eyelet here 34 in which a complementary form-locking element 36 of the further component 24 is included. In addition, the reinforcing fibers 12 with the positive-locking element 36 welded. The combination of form-fitting and material connection gives the connection arrangement 22 a particularly high strength.

8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Verbindungsanordnung 22. Das weitere Bauteil 24 ist hier als Abschlusskappe ausgebildet, welche den Endbereich 18 des Verbundbauteils umschließt. Das weitere Bauteil 24 ist vollständig metallisch und mit den metallischen Verstärkungsfasern 12 des Verbundbauteils 12 verschweißt. Die Abschlusskappe bietet eine Anschlussmöglichkeit für weitere Bauteile, über welche besonders feste Verschweißungen möglich sind. 8th shows a further alternative embodiment of the connection arrangement 22 , The other component 24 is here designed as a final cap, which is the end 18 encloses the composite component. The other component 24 is completely metallic and with the metallic reinforcing fibers 12 of the composite component 12 welded. The end cap provides a connection option for other components, which are particularly strong welds possible.

Wie 9 zeigt, beschränkt sich das geschilderte Verfahren zum Verbinden von Verbundbauteilen 10 nicht auf die in den vorigen Figuren gezeigten Vollprofilbauteile. Auch faserverstärkte Rohre 10 können auf die geschilderte Art mit weiteren Bauteilen verbunden werden. 9 zeigt hier exemplarisch ein faserverstärktes Rohr, dessen in einem Teilabschnitt 16 über den Endbereich 18 des Rohres überstehende Fasern 12 zu einer Öse 34' geformt sind, über welche das Rohr stoff- und formschlüssig mit weiteren Bauteilen verbunden werden kann.As 9 shows, the described method for joining composite components is limited 10 not on the solid profile components shown in the previous figures. Also fiber reinforced tubes 10 can be connected in the described way with other components. 9 shows here by way of example a fiber-reinforced tube, whose in a section 16 over the end area 18 of the tube protruding fibers 12 to an eyelet 34 ' are formed, via which the tube can be material and positively connected to other components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Verbindungsanordnung (22) eines faserverstärkten Verbundbauteils (10) mit einem weiteren, zumindest teilweise metallischen Bauteil (24), bei welcher das Verbundbauteil (10) wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix (14) eingebettete Verstärkungsfaser (12) aufweist, welche über einen Endbereich (18) des Verbundbauteils (10) hinausragt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine metallische Verstärkungsfaser (12) stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil (24) verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist.Connection arrangement ( 22 ) of a fiber-reinforced composite component ( 10 ) with a further, at least partially metallic component ( 24 ), in which the composite component ( 10 ) at least one metallic, in a plastic matrix ( 14 ) embedded reinforcing fiber ( 12 ) which has an end region ( 18 ) of the composite component ( 10 protruding, characterized in that the at least one metallic reinforcing fiber ( 12 ) cohesively with the further component ( 24 ), in particular welded or soldered. Verbindungsanordung (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Verbundbauteil (10) eine Mehrzahl von über den Endbereich (18) hinausragender metallischer Verstärkungsfasern (12) aufweist, welche untereinander zu einem Fügeelement (20) verbunden sind, welches stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil (24) verbunden ist.Connection arrangement ( 22 ) according to claim 1, characterized in that the fiber-reinforced composite component ( 10 ) a plurality of over the end region ( 18 ) protruding metallic reinforcing fibers ( 12 ), which mutually to a joining element ( 20 ), which cohesively with the other component ( 24 ) connected is. Verbindungsanordnung (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeelement (20) zusätzlich formschlüssig mit dem weiteren Bauteil (24) verbunden ist.Connection arrangement ( 22 ) according to claim 2, characterized in that the joining element ( 20 ) in addition positively with the other component ( 24 ) connected is. Verbindungsanordnung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungsbereich (30) zwischen dem faserverstärkten Verbundbauteil (10) und dem weiteren Bauteil (24) ein metallisches Hilfsfügeelement (26) angeordnet ist, welches mit der wenigstens einen metallischen Verstärkungsfaser (12) und/oder dem weiteren Bauteil (24) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist.Connection arrangement ( 22 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in a connection region ( 30 ) between the fiber-reinforced composite component ( 10 ) and the further component ( 24 ) a metallic auxiliary joining element ( 26 ) arranged with the at least one metallic reinforcing fiber ( 12 ) and / or the further component ( 24 ) is materially connected, in particular welded or soldered. Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung (22) eines faserverstärkten Verbundbauteils (10) mit einem weiteren, zumindest teilweise metallischen Bauteil (24), bei welchem wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix (14) eingebettete Verstärkungsfaser (12) des Verbundbauteils (10), welche über einen Endbereich (18) des Verbundbauteils (10) hinausragt, mit dem weiteren Bauteil (24) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet wird.Method for producing a connection arrangement ( 22 ) of a fiber-reinforced composite component ( 10 ) with a further, at least partially metallic component ( 24 ), in which at least one metallic, in a plastic matrix ( 14 ) embedded reinforcing fiber ( 12 ) of the composite component ( 10 ), which have an end region ( 18 ) of the composite component ( 10 ) protrudes, with the further component ( 24 ) materially connected, in particular welded or soldered. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem stoffschlüssigen Verbinden der Bauteile (10, 24) eine Mehrzahl von über den Endbereich (18) hinausragender metallischer Verstärkungsfasern (12) des Verbundbauteils (10) zu einem Fügeelement (20) verbunden werden, welches anschließend mit dem weiteren Bauteil (24) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet wird.A method according to claim 5, characterized in that prior to the integral connection of the components ( 10 . 24 ) a plurality of over the end region ( 18 ) protruding metallic reinforcing fibers ( 12 ) of the composite component ( 10 ) to a joining element ( 20 ), which is subsequently connected to the further component ( 24 ) materially connected, in particular welded or soldered. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeelement (20) zusätzlich formschlüssig mit dem weiteren Bauteil (24) verbunden wird.A method according to claim 6, characterized in that the joining element ( 20 ) in addition positively with the other component ( 24 ) is connected. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungsbereich (30) zwischen dem faserverstärkten Verbundbauteil (10) und dem weiteren Bauteil (24) ein metallisches Hilfsfügeelement (26) angeordnet wird, welches mit der wenigstens einen metallischen Verstärkungsfaser (12) und/oder dem weiteren Bauteil (24) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet wird.Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that in a connection region ( 30 ) between the fiber-reinforced composite component ( 10 ) and the further component ( 24 ) a metallic auxiliary joining element ( 26 ) arranged with the at least one metallic reinforcing fiber ( 12 ) and / or the further component ( 24 ) materially connected, in particular welded or soldered. Verfahren zum Reparieren einer Verbindungsanordnung (22) eines faserverstärkten Verbundbauteils (10) mit einem weiteren, zumindest teilweise metallischen Bauteil (24), welche in einem Fügebereich über wenigstens eine metallische, in eine Kunststoffmatrix (14) eingebettete Verstärkungsfaser (12) des Verbundbauteils (10), welche über einen Endbereich (18) des Verbundbauteils (10) hinausragt, stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich der Verbindungsanordnung (22), welcher einen beschädigten Bereich sowie den Fügebereich umfasst, ausgeschnitten und durch ein Reparaturteil ersetzt wird, welches sowohl mit der wenigstens einen metallischen Verstärkungsfaser (12) als auch mit dem weiteren Bauteil (24) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet wird.Method for repairing a connection arrangement ( 22 ) of a fiber-reinforced composite component ( 10 ) with a further, at least partially metallic component ( 24 ), which in a joining region via at least one metallic, into a plastic matrix ( 14 ) embedded reinforcing fiber ( 12 ) of the composite component ( 10 ), which have an end region ( 18 ) of the composite component ( 10 ) protrude, are materially interconnected, characterized in that a portion of the connection arrangement ( 22 ), which comprises a damaged area and the joining area, is cut out and replaced by a repair part, which is connected to both the at least one metallic reinforcing fiber ( 12 ) as well as with the further component ( 24 ) materially connected, in particular welded or soldered.
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