DE102013114829A1

DE102013114829A1 - Faserverstärktes Duroplastbauteil mit Funktionsschicht zum Verbinden mit einem Thermoplastbauteil

Info

Publication number: DE102013114829A1
Application number: DE102013114829.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Huber; Martin Mitterer; Hans Lochner; Peter Martin
Original assignee: KTM Technologies GmbH
Current assignee: Ktm Technologies At GmbH
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-25
Also published as: EP3086918B8; CN105848857A; US20170008221A1; WO2015097147A1; EP3086918B1; CN105848857B; EP3086918A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils (1) mit einem Thermoplastbauteil (9) durch Stoffschluss, bei dem die beiden Bauteile mittels einer Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) miteinander verbunden werden. Erfindungsgemäß wird das Thermoplastbauteil (9) unmittelbar auf die Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) aufgebracht, so dass zwischen dem Thermoplastbauteil (9) und der Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) ein Diffusionsbereich (11) ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Duroplastbauteil, das mit einem Thermoplastbauteil stoffschlüssig verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist, bei welchem zur Ausbildung eines Grundkörpers Verstärkungsfasern mit einer viskosen duroplastischen Matrix in eine Aushärtevorrichtung eingebracht werden und die duroplastische Matrix unter Druck und/oder Hitze angehärtet und/oder ausgehärtet wird, wobei vor oder während dieses Härteprozesses zum Beschichten des Grundkörpers, zumindest in einem zum Verbinden mit dem Thermoplastbauteil vorgesehen Fügebereich, eine Funktionsschicht an der viskosen duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern angeordnet wird, die sich während des Härteprozesses fest mit der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern verbindet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein derart hergestelltes Duroplastbauteil, das mit einem Thermoplastbauteil stoffschlüssig verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist, wobei das Duroplastbauteil einen Grundkörper aufweist, der in einer ausgehärteten duroplastischen Matrix eingebundene Verstärkungsfasern umfasst und zumindest in einem zum Verbinden mit dem Thermoplastbauteil vorgesehen Fügebereich mit einer Funktionsschicht beschichtet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Fügen eines derartigen Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil durch stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Verschweißen, bei welchem die beiden Bauteile mittels der Funktionsschicht des Duroplastbauteils miteinander verbunden werden, sowie ein durch ein derartiges Fügeverfahren hergestelltes Verbundbauteil.
Faserverbundbauteile gewinnen aufgrund ihrer Festigkeit und geringen Gewichts insbesondere in der Luftfahrt-, Raumfahrt- und Automobiltechnik mehr und mehr an Bedeutung. Hierbei finden insbesondere glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und in zunehmenden Maße carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) Verwendung.
Faserverstärkte Bauteile weisen Verstärkungsfasern, insbesondere Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern, auf, die in einer, insbesondere themoplastischen und/oder duroplastischen, Matrix eingebettet bzw. eingebunden sind. Hierbei verleihen insbesondere die Verstärkungsfasern dem Bauteil die nötige Festigkeit bzw. Steifigkeit. Die Matrix hat hingegen die primäre Wirkung, die Verstärkungsfasern in einer gewünschten Form zu halten. Die Verstärkungsfasern werden somit durch die Matrix ausgerichtet, unterstützt sowie geschützt.
Aufgrund der besseren mechanischen Fähigkeiten – vor allem im Hinblick auf die gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit – werden faserverstärkte Bauteile mit einer duroplastischen Matrix in vielen Anwendungsfällen bevorzugt. Die Vernetzung der Duroplaste bezeichnet man als Aushärtung. Hierbei kann es sich um eine vernetzende Polymerisation oder beispielsweise eine Polyaddition oder Polykondensation handeln. Da Duroplaste bzw. die duroplastische Matrix nach dem Härteprozess nicht mehr aufgeschmolzen werden kann, muss die Formgebung des faserverstärkten Duroplastbauteils vor oder während dieses Härteprozesses erfolgen. Des Weiteren ist ein unmittelbares Verschweißen eines ausgehärteten Duroplastbauteils mit einem anderen Bauteil, insbesondere Thermoplastbauteil, aufgrund dieser Eigenschaft nicht möglich.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Fügeverfahren ist beispielsweise das Verkleben von Duroplastbauteilen mit Thermoplastbauteilen unter Verwendung eines Klebstoffes und/oder Haftvermittlers, insbesondere eines Primers. Nachteilig ist hierbei jedoch die lange Prozessdauer durch zusätzliche Prozessschritte und die daraus resultierenden erhöhten Kosten.
Ferner sind bekannte Fügeverfahren das form- und/oder kraftschlüssige Verbinden derartiger Bauteile. So können diese beispielsweise mittels Schrauben und/oder Nieten miteinander verbunden werden. Nachteilig hierbei jedoch ist, dass die Faserstruktur des faserverstärkten Duroplastbauteils beim Ein- und/oder Durchdringen der Befestigungsmittel beschädigt wird. Hierdurch verliert das Bauteil an Festigkeit. Alternativ oder zusätzlich können Duroplastbauteile natürlich auch nach dem Aushärten beispielsweise mit einem Thermoplastbauteil formschlüssig umspritzt werden. Jedoch kann auch auf diese Weise oft keine ausreichend feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen ausgebildet werden. Ferner haben alle diese vorstehend genannten Verbindungsverfahren den Nachteil, dass diese sehr aufwendig und teuer sind.
Aus der DE 10 2010 007 824 A1 ist ferner ein Herstellungs- und Fügeverfahren für duroplastische Kohlenstofffaserverbundbauteile bekannt, das einen technisch zuverlässigen Verbund mit Hilfe eines Widerstandsschweißverfahrens bereitstellt. Für das Widerstandsschweißen werden Kohlenstofffasertextilien mit Gewebestruktur oder Fließstruktur als Heizelemente verwendet, die zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen angeordnet werden. Die Kohlenstofffasertextilien sind auf ihrer Oberfläche mit einem Thermoplast imprägniert oder mit diesem durchgehend getränkt. Mit Hilfe jeweils eines solchen imprägnierten Kohlenstofffasertextils werden zwei duroplastische Bauteile oder ein duroplastisches mit einem thermoplastischen Bauteil über eine am duroplastischen Bauteil intermolekular angebundene Thermoplastfolie unter Druck und erhöhter Temperatur verschweißt.
Die Verwendung einer Folie hat jedoch den Nachteil, dass insbesondere bei komplexen Bauteilstrukturen nicht sichergestellt werden kann, dass die Anbindungs-Folie vollflächig an dem Duroplastbauteil anliegt. Diese sogenannten Trockenstellen schwächen den Verbindungsbereich zwischen dem Duroplastbauteil und dem damit verbundenen Bauteil. Des Weiteren gestaltet sich das Herstellungsverfahren unter Verwendung einer derartigen Folie sehr aufwendig und teuer.
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verbindungsverfahren besteht darin, dass zwischen den beiden miteinander zu verbinden Bauteilen stets ein imprägniertes Kohlenstofffasertextil eingebracht werden muss. Hierdurch gestaltet sich die Verbindung des Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil sehr aufwendig und teuer. Des Weiteren besteht insbesondere bei komplexen Bauteilstrukturen die Gefahr, dass das im Verbindungsbereich angeordnete imprägnierte Kohlenstofffasertextil Falten wirft, wodurch Trockenstellen zwischen dem Kohlenstofffasertextil und zumindest einem der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile ausgebildet werden, die wiederum zu einer Schwächung des Verbindungsbereiches führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Duroplastbauteil mit einer Funktionsschicht bereitzustellen, ein derartiges faserverstärktes Duroplastbauteil zu schaffen, ein Verfahren zum Fügen eines derartigen faserverstärkten Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil bereitzustellen sowie ein derart hergestelltes Verbundbauteil zu schaffen, mittels dem die oben genannten Nachteile gelöst werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Duroplastbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1, mit einem Duroplastbauteil, das mit einem Thermoplastbauteil stoffschlüssig verbindbar ist, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 6, ein Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil durch Stoffschluss mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 14 sowie ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 18.
Vorgeschlagen wird ein Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Duroplastbauteil, das mit einem Thermoplastbauteil stoffschlüssig verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist. Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden zur Ausbildung eines Grundkörpers Verstärkungsfasern, insbesondere Carbon-, Glas- und/oder Aramidfasern, mit einer viskosen duoplastischen Matrix in eine Aushärtevorrichtung eingebracht. Die Verstärkungsfasern können in Form von Kurzschnittfasern, Kurzschnittfäden, Bändern, Gewebematten, Gelegen und/oder Prepregs bereitgestellt werden. Hierbei bezeichnet der Begriff Prepreg Bänder oder Gewebematten oder Gewebegelege, die mit einem Harz vorzugsweise mit einem duroplastischen Matrixwerksstoff vorimprägniert und/oder gegebenenfalls vorgehärtet sind. Der für die duroplastische Matrix verwendete Werkstoff, ist insbesondere ein Epoxidharz oder Polyurethanharz, besonders bevorzugt ein ein-, zwei- oder dreikomponentiges Harz. Die Aushärtevorrichtung kann ein Ofen, ein Autoklav oder eine Vakuumpresse sein. Es ist aber auch jegliche andere Vorrichtung denkbar, die dazu geeignet ist die duroplastische Matrix anzuhärten und/oder auszuhärten.
Das Einbringen der Verstärkungsfasern und der duroplastischen Matrix kann ebenfalls auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Verstärkungsfasern einzeln, als Gewebe und/oder als Gelege in die Aushärtevorrichtung eingebracht werden und anschließend durch das Einspritzen der viskosen duroplastischen Matrix mit dieser umgeben und/oder getränkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kombination aus Verstärkungsfasern und duroplastischer Matrix aber auch als Prepreg in die Aushärtevorrichtung eingebracht werden. Selbstverständlich können auch mehrere derartige Lagen in die Aushärtevorrichtung, insbesondere auf eine Werkzeugform, aufgebracht werden.
Nachdem die Verstärkungsfasern und die viskose duroplastische Matrix in die Aushärtevorrichtung eingebracht wurde, wird die duroplastische Matrix unter Druck und/oder Hitze angehärtet und/oder ausgehärtet. Vor oder während dieses Härteprozesses wird zum Beschichten des Grundkörpers, zumindest in einem zum Verbinden mit dem Thermoplastbauteil vorgesehen Fügebereich, eine Funktionsschicht an der, insbesondere viskosen, duroplastischen Matrix und/oder an den Verstärkungsfasern angeordnet. Alternativ kann aber auch der gesamte Grundkörper mit einer derartigen Funktionsschicht überzogen werden. Die Funktionsschicht verbindet sich während des Härteprozesses stoffschlüssig mit der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern.
Erfindungsgemäß wird die Funktionsschicht vor oder während des Härteprozesses auf die, insbesondere viskose, duroplastische Matrix und/oder die Verstärkungsfasern zumindest in dem Fügebereich bzw. in einem diesen Fügebereich bildenden Bereich des Verstärkungsfasern-Matrix-Verbundes aufgebracht, vorzugsweise aufgesprüht. Alternativ oder zusätzlich kann die Funktionsschicht aber auch, insbesondere vor dem Schließen der Aushärtevorrichtung, auf eine Werkzeugform der Aushärtevorrichtung zumindest in einem während des Härteprozesses an dem Fügebereich des Grundkörpers bzw. Duroplastbauteils anliegenden Bereich, gesprüht werden. Durch das Aufsprühen der Funktionsschicht können vorteilhafterweise Trockenstellen vermieden werden, in deren Bereich die Funktionsschicht nicht vollflächig am Grundkörper anliegt. Derartige Trockenstellen treten insbesondere bei komplexen Bauteilstrukturen auf, wenn als Funktionsschicht eine Folie verwendet wird. Durch das Aufsprühen der Funktionsschicht kann eine vollflächige und somit sehr feste Verbindung zwischen der Funktionsschicht und dem Grundkörper im Fügebereich sichergestellt werden. Ferner kann das faserverstärkte Duroplastbauteil, das zum Verschweißen mit einem Thermoplastbauteil geeignet ist, durch das Aufsprühen der Funktionsschicht sehr kostengünstig und schnell hergestellt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Funktionsschicht als Flüssigkeit, Paste, Pulver und/oder Granulat aufgebracht, insbesondere aufgesprüht, wird. Hierdurch kann besonderes gut die Dicke der Funktionsschicht reguliert werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Funktionsschicht mehrschichtig ausgebildet ist, insbesondere mit einer im Wesentlichen duroplastischen ersten Schicht, einer im Wesentlichen thermoplastischen zweiten Schicht und/oder einer zwischen diesen beiden angeordneten thermo-/duroplastischen Mischschicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste Schicht mit dem Grundkörper die Adhäsions-Grenzfläche und die zweite Schicht die Verbindungsfläche zum Verbinden, insbesondere Verschweißen, mit dem dafür vorgesehenen Thermoplastbauteil ausbildet. Vorteilhafterweise werden die Schichten nacheinander auf die Werkzeugform und/oder den Grundkörper aufgebracht, insbesondere aufgesprüht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Viskosität des aufgesprühten Materials, das die Funktionsschicht bildet, derart gewählt wird, dass das Material die Werkzeugform und/oder den Grundkörper, insbesondere bei einer komplexen Bauteilgeometrie, geleichmäßig benetzt und/oder im Wesentlichen nicht wegzufließen vermag, wodurch die Funktionsschicht vor oder während des Härteprozesses aufreißen würde.
Eine ausreichend feste Verbindung zwischen der Funktionsschicht und der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern kann sichergestellt werden, wenn sich die Funktionsschicht mit der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern während des Härteprozesses durch Adhäsion verbindet. Die duroplastische Matrix und/oder die Verstärkungsfasern sind somit mit der Funktionsschicht unmittelbar angebunden, insbesondere verklebt, ohne die Verwendung von Zusatzmitteln, wie beispielsweise einem Klebstoff und/oder Primer. Zwischen der Funktionsschicht und der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern wird somit eine Adhäsions-Grenzfläche ausgebildet. Die Funktionsschicht weist hierdurch eine sehr feste Verbindung mit der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern auf, so dass ein Ablösen der Funktionsschicht vom Grundkörper im Wesentlichen ausgeschlossen ist.
Vorteilhafterweise wird die duroplastische Matrix in einem Nassimprägnierverfahren, insbesondere vor dem Aufsprühen der Funktionsschicht, auf die Verstärkungsfasern aufgesprüht, in einem Injektionsverfahren, insbesondere nach dem Aufsprühen der Funktionsschicht, in die Aushärtevorrichtung eingespritzt und/oder zusammen mit den Verstärkungsfasern als Prepreg in die Aushärtevorrichtung eingebracht.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Werkzeugform der Aushärtevorrichtung vor dem Aufsprühen der Funktionsschicht vorgewärmt und/oder während des Härteprozesses auf einer, vorzugsweisen konstanten, Temperatur gehalten wird. Bevorzugt ist es, wenn die Temperatur höher oder gleich der Aushärtetemperatur der duroplastischen Matrix und/oder des in der Funktionsschicht verwendeten Duroplasten, vorzugsweise zwischen 100 °C und 200 °C, besonders bevorzugt 120 °C, und niedriger als die Schmelztemperatur des in der Funktionsschicht verwendeten Thermoplasten, vorzugsweise zwischen 100 °C und 300 °C, besonders bevorzugt 200 °C, ist. Aufgrund dessen, dass die Schmelztemperatur des Thermoplasten höher ist als die Aushärtetemperatur des Duroplasten härtet der Duroplast aus, ohne dass der Thermoplast vollständig aufschmilzt. Vorteilhafterweise kann somit vermieden werden, dass die Funktionsschicht bereichsweise aufreißt, da ein über die Schmelztemperatur erhitzter Thermoplast aufgrund seiner hierdurch steigenden Viskosität wegfließen würde. Ein weiterer Vorteil der vorstehend genannten Temperaturbereiche besteht darin, dass insbesondere bei einer thermo-/duroplastischen Funktionsschicht die auf die Aushärtetemperatur erhitzten Duroplaste vermehrt in Richtung des Grundkörpers, d.h. in Richtung der auszubildenden Adhäsions-Grenzfläche, wandern, wohingegen die thermoplastischen Anteile der Funktionsschicht vermehrt in Richtung der Fügefläche wandern, in deren Bereich das faserverstärkte Duroplastbauteil zu einem späteren Zeitpunkt mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil verbunden, insbesondere verschweißt werden kann. Hierdurch wird vorteilhafterweise zwischen der Funktionsschicht und dem faserverstärkten Duroplastbauteil die Klebeverbindung im Bereich der Adhäsions-Grenzfläche fester. Zugleich wird aber auch die Verbindungsqualität des faserverstärkten Duroplastbauteils mit dem dafür vorgesehenen Thermoplastbauteil durch die höhere Thermoplastkonzentration im Fügebereich der Funktionsschicht verbessert.
Erfindungsgemäß weist das Duroplastbauteil, das mit einem Thermoplastbauteil verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist, einen Grundkörper auf, der in einer ausgehärteten duroplastischen Matrix eingebundene Verstärkungsfasern, insbesondere Carbon-, Glas- und/oder Aramidfasern, umfasst und der zumindest in einem zum Verbinden mit dem Thermoplastbauteil vorgesehen Fügebereich mit einer Funktionsschicht ausgebildet, insbesondere beschichtet, ist. Die Funktionsschicht ist eine thermoplastische oder thermo-/duroplastische Funktionsschicht. Vorteilhafterweise kann somit das Duroplastbauteil schnell und unkompliziert im Rahmen eines Schweißverfahrens oder Spritzgießverfahrens mit einem Thermoplastbauteil verbunden werden.
Eine besonders feste Verbindung zwischen dem Grundkörper und der Funktionsschicht sowie zwischen der Funktionsschicht und dem zum Verbinden, insbesondere Verschweißen, mit dieser bzw. mit dem Duroplastbauteil vorgesehenen Thermoplastbauteil kann mit einer thermo-/duroplastischen Funktionsschicht sichergestellt werden. So bewirken insbesondere die Duroplaste der Funktionsschicht die Ausbildung einer besonders festen Verbindung, insbesondere Klebeverbindung, zwischen dem im Wesentlichen duroplastischen Grundkörper und der Funktionsschicht. Zugleich bewirken die Thermoplaste der Funktionsschicht ein Verbinden, insbesondere Verschweißen, mit dem dafür vorgesehenen Thermoplastbauteil unter Ausbildung eines besonders festen Stoffschlusses, insbesondere einer Schweißverbindung.
Vorteilhafterweise ist die Funktionsschicht eine Sprühschicht oder eine Folie. Eine als Sprühschicht ausgebildete Funktionsschicht zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zwischen dieser und dem Grundkörper im Wesentlichen keine Trockenstellen ausgebildet sind. Infolgedessen liegt die Funktionsschicht bzw. die Sprühschicht vollflächig am Grundkörper an. Vorzugsweise ist die Sprühschicht nach einem Herstellungsverfahren gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Eine besonders feste Verbindung zwischen der Funktionsschicht und dem Grundkörper kann sichergestellt werden, wenn zwischen diesen beiden eine Adhäsions-Grenzfläche ausgebildet ist. Die Funktionsschicht ist mit dem Grundkörper, insbesondere mit der duroplastischen Matrix und/oder den Verstärkungsfasern, somit unmittelbar verbunden, insbesondere verklebt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Duroplast der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht mit dem der duroplastischen Matrix gleich oder zumindest weitestgehend ähnlich ist. Hierdurch kann eine sehr feste Verbindung zwischen der Funktionsschicht und dem Grundkörper, insbesondere dessen duroplastischer Matrix und/oder Verstärkungsfasern, sichergestellt werden.
Vorzugsweise ist der in der Funktionsschicht verwendete Thermoplast Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Polyamid, insbesondere Polyamid 11 oder 12. Alternativ ist aber auch ebenso jeder andere technisch verwendbare Thermoplast denkbar. Als Duroplast wird ein, insbesondere ein-, zwei- oder dreikomponentiges, Epoxidharz oder Polyurethanharz bevorzugt.
Um eine hochfeste Verbindung der Funktionsschicht am Grundkörper sicherzustellen und zugleich die Eigenschaften dieser Funktionsschicht zum Verbinden mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil dahingehend zu optimieren, dass die Funktionsschicht eine besonders feste Verbindung zwischen dem Thermoplastbauteil und dem faserverstärkten Duroplastbauteil ausbildet, ist es vorteilhaft, wenn der Duroplastanteil der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht im Bereich der Adhäsions-Grenzfläche größer ist als im Bereich ihrer zum Fügen mit dem Thermoplastbauteil vorgesehenen Verbindungsfläche. So bewirken die im Verbindungsbereich mit dem Grundkörper in höherer Konzentration vorhandenen Duroplastteilchen der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht, dass die Funktionsschicht besonders fest mit der duroplastischen Matrix des faserverstärkten Grundkörpers verbunden, insbesondere verklebt, ist. Zugleich verbessern die an der Verbindungsoberfläche der Funktionsschicht mit höherer Konzentration vorhandenen Thermoplastteilchen, dass sich die Funktionsschicht besonders fest mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil verbindet.
Vorteilhafterweise ist der Thermoplastanteil der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht höher oder gleich dem Duroplastanteil. So ermöglichen insbesondere die Thermoplastanteile der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht ein Verbinden, insbesondere Verschweißen, des ausgehärteten faserverstärkten Duroplastbauteils mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil. Bei einem zueinander im Wesentlichen ausgeglichenen Verhältnis von Thermoplaste zu Duroplaste kann vorteilhafterweise eine sehr feste Klebeverbindung zwischen der Funktionsschicht und dem faserverstärkten Duroplastbauteil sowie eine besonders feste Verbindung, insbesondere Schweißverbindung, der Funktionsschicht mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil sichergestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Funktionsschicht, insbesondere über ihre gesamte Fläche, eine Dicke von 10 µm bis 1000 µm, insbesondere von 150 µm bis 750 µm, auf. Die Funktionsschicht weist besonders bevorzugt im Wesentlichen über ihre gesamte Fläche eine homogene Dicke auf. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass beim Aufschweißen des dafür vorgesehen Thermoplastbauteils die Funktionsschicht nicht vollständig durchschmolzen wird, so dass das Thermoplastbauteil unmittelbar am Duroplastbauteil anliegen würde. Dies hätte nämlich eine Schwächung des Verbindungsbereiches zwischen den beiden, insbesondere miteinander verschweißten, Bauteilen zur Folge. Insbesondere durch das Sprühverfahren kann eine besonders dünne Funktionsschicht ausgebildet werden. Durch eine sehr dünne Funktionsschicht können die Herstellungskosten des faserverstärkten Duroplastbauteils reduziert werden.
Ferner können insbesondere durch das vorstehend erwähnte Sprühverfahren Trockenstellen zwischen der Funktionsschicht und dem Grundkörper vermieden werden. Vorteilhafterweise liegt die Funktionsschicht somit vollflächig an dem Grundkörper an, so dass die Funktionsschicht sehr fest mit dem Grundkörper, insbesondere über deren gesamten Kontaktbereich, verklebt ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Duroplastbauteil bzw. der Grundkörper in mehreren voneinander beabstandeten oder zumindest teilweise überlappenden Bereichen mit einer Funktionsschicht beschichtet ist. Somit kann das Duroplastbauteil vorteilhafterweise an mehreren Stellen mit einem oder mehreren Thermoplastbauteilen verbunden, insbesondere verschweißt, werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Funktionsschichten zueinander eine gleiche und/oder unterschiedliche Dicke aufweisen.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil durch stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Verschweißen, werden diese beiden Bauteile mittels einer Funktionsschicht des Duroplastbauteils miteinander verbunden. Hierbei wird das Thermoplastbauteil unmittelbar auf der Funktionsschicht des Duroplastbauteils angebunden, insbesondere aufgeschweißt, wobei zwischen dem Thermoplastbauteil und der Funktionsschicht des Duroplastbauteils ein Diffusionsbereich ausgebildet wird. Ein Diffusionsbereich zeichnet sich durch einen gleichmäßigen Materialübergang vom Thermoplastbauteil zur Funktionsschicht des Duroplastbauteils aus. Der Diffusionsbereich weist vorzugsweise eine Dicke von ca. 20 µm bis 40 µm auf. Der Diffusionsbereich gewährleistet eine sehr feste Verbindung zwischen dem aufgebrachten, insbesondere aufgeschweißten, Thermoplastbauteil und dem insbesondere faserverstärkten Duroplastbauteil. Ferner stellt dieses Fügeverfahren eine sehr kostengünstige und schnelle Verbindung von insbesondere faserverstärkten Duroplastbauteilen mit Thermoplastbauteilen dar.
Vorteilhaft ist es, wenn das Duroplastbauteil gemäß der vorrangegangen Beschreibung hergestellt und/oder ausgebildet ist, wobei die genannten Verfahrensschritte sowie Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Eine besonders schnelle und unkomplizierte Verbindung des Duroplastbauteils mit dem Thermoplastbauteil kann erfolgen, wenn das Thermoplastbauteil und/oder die Funktionsschicht des Duroplastbauteils, insbesondere bereichsweise, vorgewärmt und/oder aufgeschmolzen wird und das, vorzugsweise bereichsweise, aufgeschmolzene Thermoplastbauteil auf die Funktionsschicht des Duroplastbauteils gepresst wird.
Alternativ kann das Duroplastbauteil, insbesondere in einem Spritzgießverfahren, aber auch als, insbesondere vorgehärteter oder ausgehärteter, Einleger in eine Spritzgussform eingelegt werden und anschließend, insbesondere bei geschlossenem Werkzeug, mit einer das Thermoplastbauteil bildenden Thermoplastschmelze verspritzt werden. Hierbei wird das Thermoplastbauteil als Thermoplastschmelze direkt auf die Funktionsschicht des Duroplastbauteils gespritzt. Dieses Herstellungsverfahren eignet sich besonders für komplexe Verbundbauteile mit einer durch das faserverstärkte Duroplastbauteil gebildeten Außenkontur, Oberfläche und/oder Hülle und einem durch das Thermoplastbauteil gebildeten Funktionselement, insbesondere einer Strebe, einem Halteelemente und/oder einem Befestigungsmittel, das vorzugsweise auf der Innenseite des Duroplastbauteils aufgespritzt wird. Geeignete Spritzgussformen umfassen zwei oder mehrere Gussformteile. Eines oder mehrere der Gussformteile weisen einen oder mehrere Einspritzkanäle auf, durch welche der viskose Thermoplastwerkstoff injiziert wird.
Erfindungsgemäß weist das Verbundbauteil zumindest ein Duroplastbauteil und zumindest ein Thermoplastbauteil auf, die mittels zumindest einer Funktionsschicht miteinander verbunden sind. Das Thermoplastbauteil ist unmittelbar mit der Funktionsschicht des Duroplastbauteils verbunden, insbesondere verschweißt. Hierdurch können sehr schnell und kostengünstig derartige Verbundbauteile hergestellt werden. Zwischen dem Thermoplastbauteil und der Funktionsschicht ist ein Diffusionsbereich ausgebildet. Hierdurch wird eine besonders feste Verbindung zwischen dem Thermoplastbauteil und dem Duroplastbauteil sichergestellt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Duroplastbauteil gemäß der vorangegangenen Beschreibung hergestellt, ausgebildet und/oder mit dem Thermoplastbauteil verbunden ist, wobei die genannten Verfahrensmerkmale sowie körperlichen Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Um eine besonders feste Verbindung zwischen dem Duroplastbauteil und dem Thermoplastbauteil sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn das Thermoplastbauteil im Verbindungsbereich mit dem Duroplastbauteil von dessen duroplastischen Grundkörper durch die Funktionsschicht beabstandet ist. Die Funktionsschicht wird somit beim Aufbringen, insbesondere Aufschweißen, des Thermoplastbauteils nicht vollständig durchdrungen. Stattdessen wird eine sehr feste Verbindung zwischen dem Thermoplastbauteil und dem Duroplastbauteil über ihren gesamten Kontaktbereich mittels der Funktionsschicht sichergestellt, da diese durch die Verklebung mit dem Grundkörper eine Adhäsions-Grenzfläche sowie durch das Verbinden, insbesondere Verschweißen, mit dem Thermoplastbauteil einen Diffusionsbereich ausgebildet hat.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Thermoplast des Thermoplastbauteils mit dem der thermoplastischen oder thermo-/duroplastischen Funktionsschicht gleich oder zumindest weitestgehend ähnlich ist. Hierdurch kann ein Diffusionsbereich ausgebildet werden, der eine sehr feste Verbindung des Thermoplastbauteils mit dem Duroplastbauteils sicherstellt.
Insbesondere bei einer thermo-/duroplastischen Funktionsschicht ist die Anbindungsfläche, an die das Thermoplastbauteil aufgebracht, insbesondere aufgeschweißt, wird, im Verhältnis zu dem die Adhäsions-Grenzfläche ausbildenden Bereich mit einem höheren Thermoplastanteil ausgebildet. Infolgedessen bildet die im Fügebereich mit dem Thermoplastbauteil bzw. mit der Anbindungsfläche der Funktionsschicht mit höheren Thermoplastanteilen bzw. einer höheren Thermoplastkonzentration ausgebildete Funktionsschicht eine sehr feste Verbindung mit dem daran aufgeschweißten Thermoplastbauteil aus. Als Thermoplast eigenen sich alle industriell anwendbaren Thermoplaste, insbesondere ABS und/oder Polyamide, insbesondere Polyamid 11 und/oder 12.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
1 einen Bereich eines faserverstärkten Duroplastbauteils mit einer Funktionsschicht im Querschnitt,
2 jeweils einen Bereich des faserverstärkten Duroplastbauteil und eines Thermoplastbauteils vor dem Fügen, insbesondere Verschweißen, im Querschnitt und
3 einen Verbindungsbereich eines Verbundbauteils mit einem an eine Funktionsschicht des Duroplastbauteils angebundenen, insbesondere angeschweißten, Thermoplastbauteil im Querschnitt.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein Duroplastbauteil 1, das einen Grundkörper 2 und eine Funktionsschicht 3 umfasst. Das Duroplastbauteil 1 ist vorliegend als faserverstärktes Duroplastbauteil ausgebildet. So umfasst der Grundkörper 2 Verstärkungsfasern 4, die in einer Matrix 5 aus Kunststoff eingebettet sind. Die Verstärkungsfasern können Glas-, Carbon- und/oder Aramidfasern sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungsfasern 4 als Carbonfasern ausgebildet. Die Carbonfasern können als Kurzschnittfasern, Kurzschnittfäden, Bänder oder wie vorliegend als Gewebematte in dem Grundkörper 2 ausgebildet sein. Ferner ist es ebenso denkbar, dass die Verstärkungsfasern als Gelege, das heißt zumindest zwei übereinander gelegte Gewebematten, eingebracht sind. Die Matrix 5 ist vorliegend ein duroplastischer Kunststoff, insbesondere ein Epoxidharz oder Polyurethanharz. Die duroplastische Matrix 5 ist vorliegend ausgehärtet und verleiht den Verstärkungsfasern 4 Formstabilität. Die Verstärkungsfasern 4 dienen in erster Linie dafür, dem Grundkörper 2 bzw. dem Duroplastbauteil 1 die nötige Festigkeit zu verleihen.
Der duroplastische Grundkörper 2 kann jede beliebige Form aufweisen. So kann der Grundkörper 2 beispielsweise ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs oder aber auch eine Innenverkleidung eines solchen sein. Für gewöhnlich weisen derartige durpolastische Grundkörper bzw. Duroplastbauteile eine komplexe Bauteilgeometrie, insbesondere mit Freiformflächen und/oder Hinterschneidungen, auf.
Ein grundlegendes Problem derartiger duroplastischer Bauteile besteht darin, dass diese nach ihrer Aushärtung nur in sehr aufwendigen und teuren Verfahren mit weiteren Bauteilen verbunden werden können. Diese Verfahren haben ferner den Nachteil, dass die Verbindungsqualität nicht besonders gut ist, so dass die Gefahr besteht, dass sich die beiden Bauteile bei Belastung voneinander lösen.
Erfindungsgemäß weist das Duroplastbauteil 1 gemäß 1 deshalb die Funktionsschicht 3 auf. Die Funktionsschicht 3 ist ein Thermoplast oder eine Mischung aus einem Thermoplast und einem Duroplast. Bei einer thermo-/duroplastischen Funktionsschicht 3 ist das Anteilsverhältnis von Duroplast zu Thermoplast vorzugsweise 1/4, 1/3, 1/2 oder in besonders bevorzugter Weise 1/1.
Die Funktionsschicht 3 ist unmittelbar mit dem Grundkörper 2 mittels Adhäsion verbunden, insbesondere verklebt. Zwischen der Funktionsschicht 3 und dem Grundkörper 2 ist somit eine Adhäsions-Grenzfläche 6 ausgebildet. Die Funktionsschicht 3 kann hierbei wie in 1 dargestellt ausschließlich mit der duroplastischen Matrix 5 des Grundkörpers verbunden sein oder aber auch zusätzlich oder alternativ mit den Verstärkungsfasern 4. Die Adhäsions-Grenzfläche 6 stellt einen klaren Übergang von der duroplastischen Matrix 5 zu der thermoplastischen oder thermo-/duroplastischen Funktionsschicht 3 dar. Zwischen diesen ist kein Diffusionsbereich ausgebildet. Auch ist kein Verbindungsmittel, insbesondere Klebstoff und/oder Primer, angeordnet.
Die Funktionsschicht 3 ist in einem Fügebereich 7a des Duroplastbauteils 1 angeordnet. An ihrer dem Grundkörper 2 abgewandten Seite weist die Funktionsschicht 3 eine Verbindungsfläche 8 auf, an der das Duroplastbauteil 1 mit einem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil 9 verbunden, insbesondere verschweißt, werden kann (vgl. 2 und 3). Das Duroplastbauteil 1 kann auch mehrere derart ausgebildete Fügebereiche 7a aufweisen, in denen es mit einem oder mehreren Thermoplastbauteilen 9 verbunden, insbesondere verschweißt, werden kann.
Im Vergleich zum Grundkörper 2 ist die Funktionsschicht 3 sehr dünn ausgebildet. Vorzugsweise weist sie eine Dicke von 10 µm bis 1.000 µm, insbesondere von 150 µm bis 750 µm, auf. Besonders bevorzugt ist jedoch eine sehr dünne Funktionsschicht 3 mit einer Dicke von 10 µm bis 250 µm, insbesondere bis 200 µm, besonders bevorzugt bis 150 µm.
Derart dünne Funktionsschichten können durch ein Sprühverfahren ausgebildet werden. Hierfür werden zur Ausbildung des Grundkörpers 2 die Verstärkungsfasern 4, insbesondere Carbonfasern, mit der viskosen duroplastischen Matrix 5 in eine hier nicht dargestellte Aushärtevorrichtung eingebracht. Eine derartige Aushärtevorrichtung kann beispielsweise ein Ofen, ein Autoklav oder eine Vakuumpresse sein. In dieser Aushärtevorrichtung wird die duroplastische Matrix 5 unter Druck und/oder Hitze angehärtet und/oder ausgehärtet. Vor diesem Härteprozess wird jedoch in dem Fügebereich 7a, in welchem das Duroplastbauteil 1 mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil 9 verbunden, insbesondere verschweißt, werden soll, mit der Funktionsschicht 3 versehen.
Zum Ausbildung einer derartigen, im Vergleich zu Folien sehr dünnen, Funktionsschicht 3 wird diese vor oder während des Härteprozesses auf die viskose duroplastische Matrix 5 und/oder die Verstärkungsfasern 4 aufgesprüht. Alternativ oder zusätzlich kann der die Funktionsschicht 3 bildende Thermoplast oder die thermo-/duroplastische Mixtur auf eine hier nicht dargestellte Werkzeugform der Aushärtevorrichtung aufgesprüht werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Thermoplast und/oder Duroplast, mit welchem die Funktionsschicht 3 ausgebildet wird, in demjenigen Bereich der Werkzeugform aufgesprüht wird, der während des Härteprozesses an dem Fügebereich 7a des Grundkörpers 2 anliegt. Ein Kontakt zwischen der Funktionsschicht 3 und dem Grundkörper 2 kann nach dem Aufsprühen der Funktionsschicht 3 auf die Werkzeugform durch das Einlegen der Verstärkungsfasern 4 zusammen mit der viskosen duroplastischen Matrix 5, insbesondere als Prepreg, in die Werkzeugform erfolgen. Alternativ kann ein Kontakt aber auch erst beim Schließen des Werkzeuges und/oder beim Einspritzen der viskosen duroplastischen Matrix 5 in das geschlossene Werkzeug erfolgen. Die sehr feste Adhäsions-Grenzfläche 6, mittels derer die Funktionsschicht 3 mit dem Grundkörper 2 verbunden ist, wird während des anschließenden Härteprozesses ausgebildet, wobei keine zusätzlichen Klebstoffe und/oder Primer Verwendung finden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Funktionsschicht 3 aufgesprüht wird, besteht darin, dass die Funktionsschicht 3 vollflächig an dem Grundkörper 2 anliegt. Dies macht sich insbesondere bei einer komplexen Bauteilgeometrie bemerkbar, da in diesem Fall eine als Folie ausgebildeten Funktionsschicht 3 sogenannte Trockenstellen ausbilden würde, die letztendlich die Verbindung zwischen Funktionsschicht 3 und Grundkörper 2 schwächen würden.
Eine sehr gute Verklebung der Funktionsschicht 3 mit dem Grundkörper 2 und zugleich eine sehr feste in 3 dargestellte Verbindung, insbesondere Schweißverbindung, mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil 9 kann sichergestellt werden, wenn die Funktionsschicht 3 sowohl thermoplastische als auch duroplastische Anteile aufweist. Eine derartige thermo-/duroplastische Funktionsschicht 3 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die duroplastischen Anteile der Funktionsschicht 3 im Bereich der Adhäsions-Grenzfläche 6 höher sind als im Bereich der zum Verbinden mit dem dafür vorgesehen Thermoplastbauteil 9 vorgesehenen Verbindungsfläche 8. Ferner wird eine sehr starke Verklebung zwischen Funktionsschicht 3 und Grundkörper 2 begünstigt, wenn der Duroplast der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht 3 mit dem der duroplastischen Matrix 5 gleich oder zumindest weitestgehend ähnlich ist. Als Duroplast eigenen sich hierfür vorzugsweise Epoxidharze oder Polyurethanharze.
2 zeigt im Querschnitt einen Teilbereich des faserverstärkten Duroplastbauteils 1 vor dem Verbinden, insbesondere Verschweißen, mit dem Thermoplastbauteil 9. Hierfür kann das faserverstärkte Duroplastbauteil 1 als Einleger in eine hier nicht dargestellte Spritzgussvorrichtung eingelegt sein und durch unmittelbares Ausspritzen des als Thermoplastschmelze vorliegenden Thermoplastbauteils 9 im Bereich des Fügebereiches 7a des Duroplastbauteils 1 mit diesem gefügt, insbesondere verschweißt, werden. Die Thermoplastschmelze verbindet, insbesondere verschweißt, sich somit mit der Funktionsschicht 3 des Duroplastbauteils 1 und bildet zugleich im Zusammenspiel mit der Spritzgussform das Thermoplastbauteil 9 in seiner endgültigen Form als Funktionselement aus.
Alternativ kann das, insbesondere als Funktionselement, fertig ausgebildete Thermoplastbauteil 9 aber auch in seinem Fügebereich 7b bereichsweise vorgewärmt und/oder aufgeschmolzen werden und währenddessen oder nach diesem Vorwärm- und/oder Aufschmelzvorgang mit seinem aufgeschmolzenen Fügebereich 7b auf die Funktionsschicht 3 des Duroplastbauteils 1 in dessen Fügebereichs 7a aufgepresst werden. Hierbei wird das Thermoplastbauteil 9 mit der Funktionsschicht 3 verschmolzen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Funktionsschicht 3 vorgewärmt und/oder aufgeschmolzen werden. Dieser Fügeprozess kann in einer dafür ausgebildeten Fügevorrichtung erfolgen.
Mittels beider vorstehend genannter Verfahrensweisen wird ein in 3 dargestelltes Verbundbauteil 10 hergestellt. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass das Thermoplastbauteil 9 mit dem faserverstärkten Duroplastbauteil 1 verbunden, insbesondere verschweißt, ist, wobei die Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen durch die Funktionsschicht 3 bewirkt wird. Beim Verbinden, insbesondere Verschweißen, des Thermoplastbauteils 9 mit dem Duroplastbauteil 1 wird zwischen der Funktionsschicht 3 des Duroplastbauteils 1 und dem Thermoplastbauteil 9 ein Diffusionsbereich 11 ausgebildet. Dieser Diffusionsbereich 11 ist besonders fest ausgebildet, wenn der Thermoplast des Thermoplastbauteils 9 mit dem der thermoplastischen oder thermo-/duroplastischen Funktionsschicht 3 gleich oder zumindest weitestgehend ähnlich ist. Hierfür eignet sich jeder beliebige industriell verwendbare Thermoplast. Besonders bevorzugt ist jedoch ABS und/oder ein Polyamid, insbesondere Polyamid 11 und/oder 12.
Wie in der in 3 dargestellten Querschnittsansicht zu erkennen ist, ist die Funktionsschicht 3 nicht gänzlich aufgeschmolzen. Der faserverstärkte duroplastische Grundkörper 2 des Duroplastbauteils 1 und das damit verbundene Thermoplastbauteil 9 sind somit durch einen verbleibenden Teil der thermoplastischen oder thermo-/duroplastischen Funktionsschicht 3 voneinander beabstandet. Die Fügebereiche 7a, 7b der beiden Bauteile sind gemäß 3 ineinander verschmolzenen und bilden hierdurch den Diffusionsbereich 11 aus, der eine sehr feste Verbindung zwischen dem Thermoplastbauteil 9 und dem Duroplastbauteil sicherstellt.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils nur einen Ausschnitt eines Duroplastbauteils 1 und/oder Thermoplastbauteils 9 bzw. eines diese beiden Bauteile umfassenden Verbundbauteils 10. Das Duroplastbauteil 1 kann mehrere derartig ausgebildete Fügebereiche 7a aufweisen in denen dieses mit einem oder mehreren Thermoplastbauteilen 9 verbindbar bzw. verbunden ist. Die Thermoplastbauteile 9 sind vorzugsweise Funktionselemente, insbesondere Versteifungsstreben und/oder Befestigungsbereiche, vorzugsweise Klipse, Ösen oder dergleichen. Auch ist es denkbar, dass das Duroplastbauteil 1 vollflächig mit einer entsprechenden Funktionsschicht 3 beschichtet ist. Hierfür bietet es sich an, das Duroplastbauteil 1, insbesondere dessen Grundkörper 2, vor dessen Aushärtung vollflächig mit einem als Flüssigkeit, Paste, Pulver und/oder Granulat vorliegenden Thermoplasten zur Ausbildung der Funktionsschicht 3 zu besprühen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Duroplastbauteil
2: Grundkörper
3: Funktionsschicht
4: Verstärkungsfasern
5: duroplastische Matrix
6: Adhäsions-Grenzfläche
7: Fügebereich
8: Verbindungsfläche
9: Thermoplastbauteil
10: Verbundbauteil
11: Diffusionsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007824 A1 [0009]

Claims

Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Duroplastbauteil (1), das mit einem Thermoplastbauteil (9) stoffschlüssig verbindbar ist, bei welchem zur Ausbildung eines Grundkörpers (2) Verstärkungsfasern (4), insbesondere Carbonfasern, mit einer viskosen duroplastischen Matrix (5) in eine Aushärtevorrichtung eingebracht werden und die duroplastische Matrix (5) unter Druck und/oder Hitze angehärtet und/oder ausgehärtet wird, wobei vor oder während dieses Härteprozesses zum Beschichten des Grundkörpers (2), zumindest in einem zum Verbinden mit dem Thermoplastbauteil (9) vorgesehenen Fügebereich (7a), eine Funktionsschicht (3) an der duroplastischen Matrix (5) und/oder den Verstärkungsfasern (4) angeordnet wird, die sich während des Härteprozesses stoffschlüssig mit der duroplastischen Matrix (5) und/oder den Verstärkungsfasern (4) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) vor oder während des Härteprozesses auf die duroplastische Matrix (5) und/oder die Verstärkungsfasern (4), zumindest in einem den Fügebereich (7a) bildenden Bereich, und/oder auf eine Werkzeugform der Aushärtevorrichtung, zumindest in einem während des Härteprozesses an dem Fügebereich (7a) anliegenden Bereich, aufgebracht wird.
Herstellungsverfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) als Flüssigkeit, Paste, Pulver und/oder Granulat aufgebracht wird.
Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Funktionsschicht (3) mit der duroplastischen Matrix (5) und/oder den Verstärkungsfasern (4) während des Härteprozesses durch Adhäsion verbindet, insbesondere unmittelbar mit dieser verklebt, so dass zwischen diesen beiden eine Adhäsions-Grenzfläche (6) ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die duroplastische Matrix (5) in einem Nassimprägnierverfahren auf die Verstärkungsfasern (4) aufgesprüht, in einem Injektionsverfahren in die Aushärtevorrichtung eingespritzt oder zusammen mit den Verstärkungsfasern (4) als Prepreg in die Aushärtevorrichtung eingebracht wird.
Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugform der Aushärtevorrichtung vor dem Aufsprühen der Funktionsschicht (3) vorgewärmt und/oder während des Härteprozesses auf einer, vorzugsweisen konstanten, Temperatur gehalten wird, die insbesondere höher oder gleich der Aushärtetemperatur der duroplastischen Matrix (5) und/oder des in der Funktionsschicht (3) verwendeten Duroplasten, vorzugsweise zwischen 100 °C und 200 °C, besonders bevorzugt 120 °C, und niedriger als die Schmelztemperatur des in der Funktionsschicht (3) verwendeten Thermoplasten, vorzugsweise zwischen 100 °C und 300 °C, besonders bevorzugt 200 °C, ist.
Duroplastbauteil (1), das mit einem Thermoplastbauteil (9) verschweißbar ist, mit einem Grundkörper (2), der in einer ausgehärteten duroplastischen Matrix (5) eingebundene Verstärkungsfasern (4) aufweist und zumindest in einem zum Verbinden mit dem Thermoplastbauteil (9) vorgesehenen Fügebereich (7a) mit einer Funktionsschicht (3) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) eine thermoplastische oder thermo-/duroplastische Funktionsschicht (3) ist.
Duroplastbauteil nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) eine Sprühschicht, wobei das Duroplastbauteil (1) vorzugsweise nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche hergestellt ist, oder eine Folie ist.
Duroplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) mit dem Grundkörper (2), insbesondere mit der duroplastischen Matrix (5) und/oder den Verstärkungsfasern (4), derart unmittelbar verbunden, insbesondere verklebt, ist, dass zwischen der Funktionsschicht (3) und dem Grundkörper (2) eine Adhäsions-Grenzfläche (6) ausgebildet ist.
Duroplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Duroplast der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht (3) mit dem der duroplastischen Matrix (5) gleich oder zumindest weitestgehend ähnlich ist.
Duroplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Duroplastanteil der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht (3) im Bereich der Adhäsions-Grenzfläche (6) größer ist als im Bereich ihrer zum Fügen mit dem Thermoplastbauteil (9) vorgesehenen Verbindungsfläche (8).
Duroplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplastanteil der thermo-/duroplastischen Funktionsschicht (3) höher oder gleich dem Duroplastanteil ist.
Duroplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3), insbesondere über ihre gesamte Fläche, eine im Wesentlichen homogene Dicke von 10 μm–1000 μm, insbesondere von 150 μm–750 μm, aufweist.
Duroplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) vollflächig an dem Grundkörper (2) anliegt.
Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils (1) mit einem Thermoplastbauteil (9) durch Verschweißen, bei dem die beiden Bauteile mittels einer Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastbauteil (9) unmittelbar auf die Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) aufgebracht, insbesondere geschweißt, wird, so dass zwischen dem Thermoplastbauteil (9) und der Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) ein Diffusionsbereich (11) ausgebildet wird.
Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Duroplastbauteil (1) nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 5 hergestellt und/oder gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 6 bis 14 ausgebildet ist.
Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastbauteil (9) und/oder die Funktionsschicht (3) vor dem Fügen, insbesondere Verschweißen, zumindest in ihren jeweiligen Fügebereichen (7a; 7b) vorgewärmt und/oder aufgeschmolzen und miteinander verpresst werden.
Verfahren zum Fügen eines Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Duroplastbauteil (1), insbesondere in einem Spritzgießverfahren, als Einleger in eine Spritzgussform eingelegt wird und/oder das Thermoplastbauteil (9) als Thermoplastschmelze direkt auf die Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) aufgespritzt wird.
Verbundbauteil (10) mit einem Duroplastbauteil (1) und einem Thermoplastbauteil (9), die mittels einer Funktionsschicht (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastbauteil (9) unmittelbar mit der Funktionsschicht (3) des Duroplastbauteils (1) verschweißt ist, so dass zwischen dem Thermoplastbauteil (9) und der Funktionsschicht (3) ein Diffusionsbereich (11) ausgebildet ist.
Verbundbauteil nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Duroplastbauteil (1) nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 5 hergestellt, gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 6 bis 13 ausgebildet ist und/oder gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 14 bis 17 mit dem Thermoplastbauteil (9) verbunden ist.
Verbundbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastbauteil (9) im Fügebereich (7a; 7b) vom Grundkörper (2) des Duroplastbauteils (1) durch die Funktionsschicht (3) beabstandet ist.
Verbundbauteil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast des Thermoplastbauteils (9) mit dem der thermoplastischen oder thermo-/duroplastischen Funktionsschicht (3) gleich oder zumindest weitestgehend ähnlich ist.