DE102014001132A1 - Process for the production of thermoplastic fiber-metal laminate components by means of forming processes and correspondingly produced fiber-metal laminate components - Google Patents

Process for the production of thermoplastic fiber-metal laminate components by means of forming processes and correspondingly produced fiber-metal laminate components Download PDF

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Faser-Metall-Laminat-Bauteilen geht aus von einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) aus mindestens zwei blechartigen Deckschichten (2, 4) aus einem metallischen Material mit einer zwischen den metallischen Deckschichten (2, 4) angeordneten Schicht (3) aus einem Fasermaterial (3). Hierbei wird mindestens ein Monomer (16) vor und/oder während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) in den Bereich der Faserschicht (3) eingebracht und dort unter Einbringung von Wärmeenergie (8) das Fasermaterial (3) umhüllend zumindest teilweise zu einer thermoplastischen Matrix ausgehärtet, während oder nachdem das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) zu einem Faser-Metall-Laminatbauteil umgeformt wird. Weiter wird ein entsprechend hergestelltes Faser-Metall-Laminat-Bauteilen beschrieben.The method according to the invention for the production of fiber-metal laminate components is based on a fiber-metal laminate semifinished product (1) comprising at least two sheet-like cover layers (2, 4) made of a metallic material with one between the metallic cover layers (2, 4) arranged layer (3) made of a fiber material (3). In this case, at least one monomer (16) is introduced before and / or during and / or after the deformation of the fiber-metal laminate semifinished product (1) in the region of the fiber layer (3) and there with the introduction of heat energy (8) the fiber material (3) envelopingly at least partially cured to a thermoplastic matrix during or after the fiber-metal laminate semifinished product (1) is formed into a fiber-metal laminate component. Furthermore, a correspondingly produced fiber-metal-laminate components will be described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Faser-Metall-Laminat-Bauteile mittels Umformverfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und entsprechend hergestellte Faser-Metall-Laminat-Bauteile gemäß Oberbegriff des Anspruches 35.The invention relates to a method for producing thermoplastic fiber-metal laminate components by means of forming methods according to the preamble of claim 1 and correspondingly produced fiber-metal-laminate components according to the preamble of claim 35.

Im Zusammenhang mit dem immer wichtiger werdenden Leichtbau von industriell und in großen Stückzahlen wie etwa in der Automobilindustrie eingesetzten Bauteilen, die bisher vielfach aus rein metallischen Werkstoffen gefertigt wurden, kommt dem Einsatz sog. faserverstärkte Verbundwerkstoffe immer höhere Bedeutung zu.In connection with the increasingly important lightweight construction of components used industrially and in large numbers, such as in the automotive industry, which were previously often made of purely metallic materials, the use of so-called fiber-reinforced composite materials is becoming increasingly important.

Faserverstärkte Verbundwerkstoffe (sog. Composites) stellen eine relativ junge Gruppe von Werkstoffen dar, die aus der Kombination einer textilen Verstärkungsstruktur (Fasern) mit einem Matrixwerkstoff bestehen. Als Fasermaterialien kommen für endlosfaserverstärkte Composites vornehmlich Glas- und/oder Carbonfasern zum Einsatz. Es wird dann von GFK (Glasfaserverstärkten Kunststoffen) bzw. CFK (Carbonfaserverstärkten Kunststoffen) gesprochen. Als Matrixwerkstoffe werden bei industriellen Anwendungen nahezu ausschließlich polymere Werkstoffe eingesetzt, die sich in die zwei wesentlichen Hauptgruppen Duroplaste und Thermoplaste unterteilen. Die Kombination aus Duroplasten und Carbonfasern bietet dabei die besten mechanischen Eigenschaften, ist jedoch auch am teuersten. Die Verwendung von Glasfasern ist wesentlich kostengünstiger, allerdings weisen Glasfasern schlechtere mechanische Eigenschaften auf. Fasern und Matrix haben innerhalb des Composite-Bauteils unterschiedliche Aufgaben. Während die Fasern im Wesentlichen die auf das Bauteil wirkenden Zugkräfte aufnehmen, dient die Matrix hauptsächlich der Formgebung, hält den Zusammenhalt innerhalb des Bauteils aufrecht und nimmt Druck- und Schubkräfte auf. Während die mechanischen Eigenschaften weitgehend von der Faser bestimmt werden, sind die physikalisch-chemischen Eigenschaften in hohem Maße von dem Matrixwerkstoff abhängig.Fiber-reinforced composites (so-called composites) represent a relatively young group of materials that consist of the combination of a textile reinforcement structure (fibers) with a matrix material. As fiber materials mainly glass and / or carbon fibers are used for continuous fiber reinforced composites. It is then spoken of glass fiber reinforced plastics (GRP) or CFRP (carbon fiber reinforced plastics). The matrix materials used in industrial applications are almost exclusively polymeric materials, which are subdivided into the two main main groups thermosets and thermoplastics. The combination of thermosets and carbon fibers offers the best mechanical properties, but is also the most expensive. The use of glass fibers is much cheaper, but glass fibers have poorer mechanical properties. Fibers and matrix have different tasks within the composite component. While the fibers essentially absorb the tensile forces acting on the component, the matrix primarily serves to shape, maintain cohesion within the component, and absorb pressure and shear forces. While the mechanical properties are largely determined by the fiber, the physicochemical properties are highly dependent on the matrix material.

Insbesondere bei großen und vor allem geometrisch komplex geformten Bauteilen werden zur Herstellung derartiger Composites unterschiedliche Herstellverfahren genutzt: die Ablage vorimprägnierter Halbzeuge auf Formen mit anschließender Aushärtung im Autoklaven, sog. vakuum-unterstützte Infusionsverfahren sowie sog. Handlaminierverfahren. Beim Handlaminierverfahren werden trockene Faserhalbzeuge in Form von Geweben, Gelegen oder Vliesen manuell in eine Form gelegt, anschließend mit Harz imprägniert und manuell konsolidiert. Die Aushärtung kann dann unter verschiedenen Umgebungsbedingungen erfolgen, neben Standarddruck und Raumtemperatur auch häufig bei erhöhten Temperaturen in beheizbaren Formen. Typische Anwendungen sind verschiedenste Großbauteile, etwa für den Boots- und Behälterbau. Bei vakuumunterstützten Infusionsverfahren werden trockene Textilhalbzeuge in eine Form gelegt, mit einem Entlüftungsvlies bedeckt und anschließend mit Folie abgedeckt und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Nach Anlegen eines Vakuums werden Einlässe für die harzartigen Matrixmaterialien geöffnet, wodurch das Harz durch das Vakuum in das Laminat gezogen wird. Durch das Vakuum ist gegenüber dem Handlaminierverfahren eine bessere Kompaktierung des Bauteils erreichbar. Typische Anwendungen sind z. B. Rotorblätter von Windturbinen, Struktur- und Verkleidungsteile von LKWs und Bahnwaggons. Bei der Herstellung durch die Ablage imprägnierter Halbzeuge werden sog. Prepregs in einer Form abgelegt, wobei sich das Harz durch Erhitzen im Autoklaven verflüssigt, bevor das Bauteil aushärtet. Durch den im Autoklaven herrschenden Druck kann zudem eine noch bessere Kompaktierung des Bauteils gegenüber den vakuumbasierten Verfahren erzielt werden. Relevante Anwendungen sind insbesondere Strukturkomponenten für den Flugzeugbau, bei Rennfahrzeugen wie etwa in der Formel 1 und hochwertigen Skiern.Particularly in the case of large and, above all, geometrically complex shaped components, different production methods are used for the production of such composites: the deposition of preimpregnated semi-finished products on molds with subsequent curing in an autoclave, so-called vacuum-assisted infusion method and so-called hand lamination method. In the manual lamination process, dry semifinished fiber products in the form of woven, laid or nonwoven fabrics are manually placed in a mold, subsequently impregnated with resin and manually consolidated. Curing can then be carried out under various environmental conditions, in addition to standard pressure and room temperature also often at elevated temperatures in heated molds. Typical applications are a variety of large components, such as for boat and tank construction. In vacuum-assisted infusion processes, dry textile semi-finished products are placed in a mold, covered with a venting fleece and then covered with foil and sealed from the environment. After applying a vacuum, inlets for the resinous matrix materials are opened, whereby the resin is pulled into the laminate by the vacuum. Due to the vacuum, a better compaction of the component can be achieved compared to the hand lamination method. Typical applications are z. As blades of wind turbines, structural and fairing parts of trucks and train cars. In the manufacture of semi-finished products impregnated by the tray, so-called prepregs are deposited in a mold, the resin liquefying by heating in an autoclave before the component hardens. Due to the pressure prevailing in the autoclave, an even better compaction of the component compared to the vacuum-based method can be achieved. Relevant applications are in particular structural components for aircraft construction, in racing vehicles such as in Formula 1 and high-quality skis.

Unter den verbleibenden Herstellverfahren ist noch das sog. Harzübertragungsverfahren (Resin Transfer Moulding RTM) interessant, erlaubt jedoch nur die Herstellung eingeschränkter Bauteilgeometrien insbesondere im Hinblick auf die Bauteilgröße und die maximal erreichbare Komplexität der Bauteile. Das RTM-Verfahren basiert auf der Verwendung zweiteiliger Formen. Üblicherweise wird dabei zunächst ein trockener Vorformling (Preform) erzeugt und anschließend in eine Form eingelegt. Nach dem Schließen der Form in einer Presse wird Harz in die Kavität zwischen den Formhälften eingespritzt. Nach Schließen der Harzeinlässe beginnt die Aushärtung, oftmals unter erhöhter Temperatur durch Beheizen der Form. Typische Anwendungen dieses Verfahrens sind Automobil-, Bahn- und Flugzeugkomponenten.Among the remaining production processes, the so-called resin transfer process (Resin Transfer Molding RTM) is of interest, but only permits the production of limited component geometries, in particular with regard to the component size and the maximum achievable complexity of the components. The RTM method is based on the use of two-part molds. Usually, a dry preform (preform) is first produced and then inserted into a mold. After closing the mold in a press, resin is injected into the cavity between the mold halves. After closing the resin inlets, the cure begins, often at elevated temperature, by heating the mold. Typical applications of this process are automotive, rail and aircraft components.

Obwohl die vorstehend geschilderte Herstellung von reinen faserverstärkten Bauteilen immer häufiger z. B. auch zur Herstellung wesentlicher festigkeitsrelevanter Teile von Fahrzeugkarosserien angewandt wird, haben derartig hergestellte Bauteile gegenüber den bisher üblichen Bauteilen aus metallischen Werkstoffen systembedingte Nachteile. Es ist daher schon bekannt geworden, die Vorteile der metallischen Werkstoffe mit den vorteilhaften Eigenschaften von faserverstärkten Werkstoffen in sog. Faser-Metall-Laminaten (FML) aus geschichteten Anordnungen von metallischen Lagen und faserverstärkten Kunststofflagen zu kombinieren.Although the above-described production of pure fiber-reinforced components more and more z. B. is also used for the production of essential strength-relevant parts of vehicle bodies, such manufactured components have system-related disadvantages compared to the usual components made of metallic materials. It has therefore already become known to combine the advantages of the metallic materials with the advantageous properties of fiber-reinforced materials in so-called fiber-metal laminates (FML) of layered arrangements of metallic layers and fiber-reinforced plastic layers.

Faser-Metall-Laminate (FML) können die jeweiligen Eigenschaften metallischer und polymerer Werkstoffe miteinander verbinden und haben im Vergleich zu monolithischen Blechwerkstoffen oder reinen faserverstärkten Kunststoffen je nach Anwendungsfall und Einsatzgebiet eine hohe spezifische Festigkeit und verbesserte Ermüdungseigenschaften. Durch geeignete Kombination von Metallen und Kunststoffen kann zudem eine Steigerung der Biegesteifigkeit erreicht werden, ohne das Bauteilgewicht wesentlich zu erhöhen. Im Bereich der Automobilindustrie werden Kunststoff-Metall-Laminate als Strukturelemente und Dekorbauteile eingesetzt. Verbundbleche für Strukturen bestehen dabei aus dünnen Deckblechen aus Aluminium oder Stahl (Dicke 0,2–0,25 mm) und einer Zwischenschicht aus Polypropylen (PP, Dicke 0,4–0,8 mm). Weiterhin weisen derartige Faser-Metall-Laminate gute Schalldämmeigenschaften auf. Fiber-to-metal laminates (FML) can combine the respective properties of metallic and polymeric materials and, compared to monolithic sheet materials or pure fiber-reinforced plastics, have a high specific strength and improved fatigue properties, depending on the application and field of application. In addition, by a suitable combination of metals and plastics, an increase in the bending stiffness can be achieved without significantly increasing the weight of the component. In the automotive industry, plastic-metal laminates are used as structural elements and decorative components. Composite sheets for structures consist of thin cover sheets of aluminum or steel (thickness 0.2-0.25 mm) and an intermediate layer of polypropylene (PP, thickness 0.4-0.8 mm). Furthermore, such fiber-metal laminates have good sound insulation properties.

Bisher ist das Einsatzspektrum derartiger Faser-Metall-Laminate allerdings z. B. aufgrund bestehender Herausforderungen bei der Umformung der blechartigen Ausgangswerkstoffe begrenzt. Diese Faser-Metall-Laminate zeichnen sich zwar durch einen guten Widerstand gegen Ermüdungsbruch und geringe Rissausbreitungsgeschwindigkeiten aus, aber nachteilig sind u. a. die durch die Duromer-Matrix begrenzte Umformbarkeit der hergestellten Vormaterialien zu bei den Bauteilen häufig erforderlichen komplexen Geometrien. Faser-Metall-Laminate sind daher zwar grundsätzliche leistungsfähige Hybridwerkstoffkonzepte, die bereits heute kommerziell vor allem in der Luft- und Raumfahrt als Strukturwerkstoffe verwendet werden. Eine breitere technische Verwendung scheitert mangels geeigneter Produktionstechnologien, um Faser-Metall-Laminate in reproduzierbarer Qualität in großserienfähigen Fertigungsprozessen mit endkonturnahen Geometrien, die über leicht gekrümmte, flächige Bauteile hinausgehen, herzustellen. Dazu sind heute entweder mehrstufige Fertigungsverfahren notwendig oder die Fertigung erfolgt gar nur bedingt faserverbundgerecht, indem Faltenwurf oder das Reißen von Fasern in stark umgeformten Bereichen akzeptiert werden.So far, however, the range of applications of such fiber-metal laminates z. B. limited due to existing challenges in the transformation of the sheet-like starting materials. Although these fiber-metal laminates are characterized by a good resistance to fatigue failure and low crack propagation speeds, but are disadvantageous u. a. the limited deformability of the produced materials due to the duromer matrix to complex geometries which are frequently required for the components. Although fiber-metal laminates are therefore fundamentally powerful hybrid material concepts that are already being used commercially as structural materials, above all in the aerospace industry. A broader technical use fails due to lack of suitable production technologies to produce fiber-metal laminates in reproducible quality in large-scale manufacturing processes with near-net shape geometries that go beyond slightly curved, flat components. For this purpose, either multi-stage manufacturing processes are necessary today or the production takes place only to a limited extent fiber-composite, by folding or breaking the fibers are accepted in highly deformed areas.

Neben dem reinen Biegen von stärker konturierten Bauteilen ist es bisher insbesondere nicht wirtschaftlich möglich, etwa sonst durch Tiefziehen hergestellte Bauteilgeometrien auch mittels Faser-Metall-Laminaten herzustellen. Das Tiefziehen ist das in der industriellen Praxis meistgenutzte Umformverfahren zur Herstellung von Blechformteilen mit hohen Stückzahlen und geringen Taktzeiten. Die Normaldruckspannungen, die vom Niederhalter erzeugt werden, haben dabei die Aufgabe, eine irreversible Faltenbildung im Flanschbereich infolge der tangentialen Druckspannungen zu verhindern. Die Formgebungsgrenzen ergeben sich beim Tiefziehen rein metallischer Bleche durch das Auftreten von Reißern oder durch die Bildung von Falten. Beide Versagensarten begrenzen den zulässigen Arbeitsbereich. Jedoch treten neben den bekannten Versagensarten konventioneller Tiefziehprozesse bei Kunststoff-Metall-Laminaten zusätzlich Effekte wie das Abgleiten und Delaminieren der Schichten auf. Tangentiale Druckspannungen führen bei der Gewebeumformung unmittelbar zur Faltenbildung aufgrund der geringen Biegesteifigkeit des Gewebes.In addition to the pure bending of more contoured components, it has hitherto not been economically possible to produce component geometries otherwise produced by deep-drawing also by means of fiber-metal laminates. Deep drawing is the most commonly used in industrial practice forming process for the production of sheet metal parts with high volumes and low cycle times. The normal compressive stresses that are generated by the hold-down, have the task of preventing irreversible wrinkling in the flange due to the tangential compressive stresses. The forming limits arise when deep-drawing purely metallic sheets by the occurrence of snags or by the formation of wrinkles. Both types of failure limit the permissible work area. However, in addition to the known failure modes of conventional thermoforming processes in plastic-metal laminates, additional effects such as slipping and delamination of the layers occur. Tangential compressive stresses directly lead to wrinkling during tissue reshaping due to the low bending stiffness of the tissue.

Zur Herstellung von auch stärker konturierten Formteilen aus Faser-Metall-Laminaten existieren verschiedene Ansätze, die sich insbesondere durch die eingesetzten Halbzeuge unterscheiden. So besteht einerseits die Möglichkeit, Faser-Metall-Laminate als blechförmig ebene Halbzeuge einzusetzen und analog wie bei monolithischen Blechwerkstoffen umzuformen. In anderen Ansätzen werden zunächst die Blechwerkstoffe konventionell umgeformt und anschließend die faserverstärkten Materialien eingelegt bzw. die Blechformteile umspritzt (sog. sequentieller Ansatz). Auch können die Bleche zuerst konventionell umgeformt und anschließend das Prepreg-Material in einem Pressverfahren in das umgeformte Blech eingepresst werden. Durch die Temperierung des Werkzeuges härtet es gleichzeitig aus, wobei Verweilzeiten in der Presse notwendig sind.To produce even more contoured moldings made of fiber-metal laminates, there are various approaches that differ in particular by the semi-finished products used. Thus, on the one hand, it is possible to use fiber-metal laminates as sheet-like flat semi-finished products and to reshape them analogously to monolithic sheet materials. In other approaches, the sheet metal materials are first conventionally reshaped and then the fiber-reinforced materials inserted or molded sheet metal parts (so-called sequential approach). Also, the sheets may first be conventionally reshaped and then the prepreg material may be pressed into the formed sheet in a press process. Due to the temperature of the tool it cures simultaneously, with residence times in the press are necessary.

Beim sog. Polymer-Injection-Forming wird mittels des Drucks der Kunststoffschmelze der Blechwerkstoff umgeformt und gleichzeitig der Kunststoff mit dem Metallblech stoff- und formschlüssig verbunden. Auch werden Verfahren beschrieben, bei denen eine textile Einlage, z. B. aus Glasfasern, zwischen zwei metallischen Deckblechen eingeklebt wird. Nach Aushärtung des Klebstoffes wurde eine nur geringe Umformbarkeit dieser Mehrschichtbleche in Tiefziehversuchen festgestellt.In the so-called polymer injection molding, the sheet metal material is reshaped by means of the pressure of the plastic melt and, at the same time, the plastic material and form-fittingly connected to the metal sheet. Also described are methods in which a textile insert, for. B. glass fibers, between two metallic cover sheets is glued. After curing of the adhesive only a small formability of these multi-layer sheets was found in thermoforming experiments.

Bauteile aus Metall-Kunststoff-Verbunden mit bestimmten Kunststoffmaterialien etwa für die Luftfahrtindustrie können mittels Self-Forming-Technique direkt im Autoklaven in der endgültigen Form hergestellt werden. Hierbei werden die einzelnen Lagen im Autoklaven übereinander geschichtet und durch den Vakuumdruck im Autoklaven zur entsprechenden Geometrie geformt. Ein Tiefziehen dieser Halbzeuge ist nicht möglich, daher beschränkt sich ihre Umformung auf das Biegen. Die Geometrie der herstellbaren Bauteile ist allerdings auf einfach- und zweifachgekrümmte Bauteile begrenzt, da i. d. R. nur Streckziehverfahren eingesetzt werden können. Auch musste festgestellt werden, dass Metall-Kunststoff-Verbunde mit einer Zwischenschicht aus Glasfaser ein wesentlich geringeres Umformvermögen als Verbunde ohne Glasfaseranteil aufweisen.Components made of metal-plastic composites with certain plastic materials, for example for the aerospace industry, can be produced directly in the autoclave in the final form by means of a self-forming technique. Here, the individual layers are stacked in the autoclave and formed by the vacuum pressure in the autoclave to the appropriate geometry. Deep drawing of these semi-finished products is not possible, so their deformation is limited to bending. However, the geometry of the manufacturable components is limited to single and doppelachgekrümmte components, as i. d. R. only stretch-drawing can be used. It also had to be stated that metal-plastic composites with an intermediate layer of glass fiber have a significantly lower forming capacity than composites without glass fiber content.

Die Umformung von dreidimensionalen, insbesondere tiefgezogenen Bauteilen ist nach aktuellem Stand der Technik nur im sequentiellen Verfahren möglich ist. Beim Verkleben bereits umgeformter Bauteil wie beschrieben erfordert die Herstellung zwei separate Umformschritte und einen zusätzlichen Schritt zum Fügen dieser Bauteile, was mit langen Prozesszeiten verbunden ist und hohe Kosten verursacht.The transformation of three-dimensional, in particular deep-drawn components is according to the current state of the art only in sequential Procedure is possible. When bonding already formed component as described, the production requires two separate forming steps and an additional step for joining these components, which is associated with long process times and high costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Faser-Metall-Laminat-Bauteilen anzugeben, bei dem auch umformtechnisch stärker konturierte Bauteile sicher und wirtschaftlich hergestellt werden können sowie entsprechende Faser-Metall-Laminat-Bauteile bereitzustellen.Object of the present invention is therefore to provide an improved process for the production of fiber-metal-laminate components, in which also more strongly contoured components can be manufactured safely and economically and to provide corresponding fiber-metal-laminate components.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Faser-Metall-Laminatbauteile aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 35 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the object of the invention results in terms of the method of the characterizing features of claim 1 and with respect to the fiber-metal laminate components of the characterizing features of claim 35 in cooperation with the features of the associated preamble. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung hinsichtlich des Verfahrens geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Faser-Metall-Laminat-Bauteilen, ausgehend von einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug aus mindestens zwei blechartigen Deckschichten aus einem metallischen Material mit einer zwischen den metallischen Deckschichten angeordneten Schicht aus einem Fasermaterial. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch in erfinderischer Weise weiter entwickelt, dass mindestens ein Monomer vor und/oder während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs in den Bereich der Faserschicht eingebracht und dort zumindest teilweise zu einer thermoplastischen Matrix ausgehärtet wird, während und/oder nachdem das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug zu einem Faser-Metall-Laminat-Bauteil umgeformt wird.The invention in terms of the method is based on a process for producing fiber-metal laminate components, starting from a fiber-metal laminate semifinished product of at least two sheet-like cover layers of a metallic material with a layer arranged between the metallic cover layers fiber material. Such a generic method is further developed in an inventive manner that at least one monomer before and / or during and / or after the deformation of the fiber-metal laminate semifinished product introduced into the region of the fiber layer and cured there at least partially to a thermoplastic matrix is, during and / or after the fiber-metal laminate semi-finished product is formed into a fiber-metal laminate component.

Dieses Verfahren bietet den großen Vorteil, dass das Einspritzen des mindestens einen Monomers in die Faserschicht vor oder während oder zumindest zum Teil auch noch nach dem Umformvorgang stattfindet und die Aushärtung des Monomers damit schon während der Umformung beginnen kann. Zudem bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass das mindestens eine Monomer der thermoplastischen Matrix damit zumindest teilweise während bzw. nach der Umformung polymerisiert und somit die Möglichkeit besitzt, auch chemisch eine Verbindung mit den dann zumindest teilweise oder auch schon ganz umgeformten Schichten aus den metallischen Materialien herzustellen, was die Haftfestigkeit zwischen den metallischen Schichten und der Faserverbundschicht deutlich verbessert. Dies hängt damit zusammen, dass die aus dem reaktiven Monomer sich bildende Matrix während der Umformung noch nicht vollständig polymerisiert ist. Daher bildet sich die Grenzschicht zu den Schichten aus den metallischen Materialien im Wesentlichen erst nach der Umformung, sodass eine Delamination zwischen Metall und Kunststoff bei der Umformung nicht zu erwarten ist und eine Umlagerung der Fasern aufgrund der Fertigteilgeometrie während der Umformung ermöglicht wird. Als bevorzugtes polymeres Fertigungsverfahren kann hierbei bevorzugt die T-RTM-Technologie (Thermoplastic Resin Transfer Moulding, eine Variante der SRIM-Technologie für flächige Bauteile) zum Einsatz kommen.This method offers the great advantage that the injection of the at least one monomer into the fiber layer takes place before or during or at least partially even after the forming process and thus the curing of the monomer can begin during the forming process. In addition, the inventive method has the advantage that the at least one monomer of the thermoplastic matrix so that at least partially polymerized during or after the forming and thus has the ability to chemically connect with the then at least partially or even completely transformed layers of the metallic Produce materials, which significantly improves the adhesion between the metallic layers and the fiber composite layer. This is due to the fact that the matrix forming from the reactive monomer has not yet completely polymerized during the transformation. Therefore, the boundary layer to the layers of the metallic materials forms substantially only after the forming, so that a delamination between metal and plastic during the forming is not expected and a rearrangement of the fibers due to the finished part geometry is made possible during the forming. As a preferred polymeric manufacturing method here preferably the T-RTM technology (Thermoplastic Resin Transfer Molding, a variant of the SRIM technology for sheet-like components) are used.

Faser-Metall-Laminat-Bauteile mit thermoplastischer Matrix besitzen umformtechnisch grundsätzliche Vorteile im Vergleich zu jenen mit duromerer Matrix. Jedoch ist die Grenzflächenoptimierung bei einer im Prozess bereits als Polymer vorliegenden Matrix schwierig. Daher bietet die Verwendung einer in-situ-polymerisierenden, reaktiven Thermoplast-Matrix die beste Lösung hinsichtlich Grenzflächenoptimierung sowie Umformvermögen und dient gleichzeitig als Abgleitmedium während der Umformung. Derartige reaktive Thermoplastmatrices besitzen ein Prozessfenster von wenigen Minuten, die sowohl fertigungstechnisch (Prozessfenster für die Umformung) als auch wirtschaftlich (Taktzeiten für die gesamte Erzeugung des Faser-Metall-Laminat-Bauteils) interessant sind. Sie stellen die bestmögliche Lösung dar, um die Taktzeiten im Vergleich zur konventionellen Blechumformung nicht wesentlich zu steigern und diese im Vergleich zum konventionellen RTM oder zum Autoklavverfahren (Prozessfenster im Bereich von ca. 30 Minuten du mehr) deutlich zu senken. Allgemein soll hier Unter Umformung jegliches Verfahren der umfomtechnischen Verarbeitung von Werkstoffen umfasst sein, auch wenn im weiteren das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen an den Beispielen Tiefziehen und Strangpressen erläutert wird.Thermoplastic matrix fiber-metal laminate components have fundamental advantages in terms of forming technology compared to those with thermoset matrix. However, interfacial optimization is difficult for a matrix already in the process as a polymer. Therefore, the use of an in-situ polymerizing, reactive thermoplastic matrix offers the best solution in terms of interface optimization and formability and at the same time serves as a sliding medium during the forming process. Such reactive thermoplastic matrices have a process window of a few minutes, which are both manufacturing technology (process window for the transformation) as well as economically interesting (cycle times for the entire production of the fiber-metal-laminate component). They represent the best possible solution for not significantly increasing the cycle times in comparison to conventional sheet metal forming and significantly reducing them in comparison to the conventional RTM or the autoclave process (process window in the range of approx. 30 minutes or more). In general, here under forming any method of umomtechnischen processing of materials should be included, even if in the further method of the invention is essentially explained by the examples deep drawing and extrusion.

Strukturbauteile aus Faser-Metall-Laminaten können dadurch intrinsisch, d. h. in einem optimierten, direkten Fertigungsprozess hybridisiert werden, wobei diese Hybridisierung auf der Verwendung einer reaktiven, monomeren Vorstufe einer Thermoplastmatrix (T-RTM) in Kombination mit metallischen Blechwerkstoffen (z. B. Aluminiumlegierungen oder Stahlwerkstoffen sowie Magnesiumlegierungen) beruht. Die Idee ist dabei, dass die niedrige Viskosität des Monomers in der Faserschicht während der Umformung noch Faserumlagerungen ermöglicht und so große Umformungen des Faser-Metall-Laminates direkt in der Konsolidierungsphase intrinsisch erfolgen können, ohne die Faserverbundkomponente zu schädigen. Die dadurch gebildete Thermoplastmatrix bietet dabei gegenüber konventionellen Lösungen in duromerer Matrix deutliche Vorteile.Structural components of fiber-metal laminates can intrinsically, d. H. hybridized in an optimized, direct manufacturing process, wherein this hybridization based on the use of a reactive, monomeric precursor of a thermoplastic matrix (T-RTM) in combination with metallic sheet materials (eg aluminum alloys or steel materials and magnesium alloys). The idea is that the low viscosity of the monomer in the fiber layer during the deformation still allows fiber rearrangements and so large transformations of the fiber-metal laminate can be done intrinsically directly in the consolidation phase, without damaging the fiber composite component. The resulting thermoplastic matrix offers significant advantages over conventional solutions in duromer matrix.

Die Vorteile der In-situ-Hybridisierung sind insbesondere ein hoher Integrationsgrad des Verfahrens in die übliche Fertigungskette der Umformbearbeitung, eine kurze Taktzeit zur Herstellung des Verbundes, eine fasergerechte Umformbarkeit im Umformprozess sowie auch eine nachträgliche Umformbarkeit, eine Reparaturfähigkeit und gute Separierbarkeit im Hinblick auf ein Recycling durch die thermoplastische Bindung der Metallschichten und der faserverstärkten Schicht. The advantages of in situ hybridization are, in particular, a high degree of integration of the process into the usual production chain of forming processing, a short cycle time for the production of the composite, a fiber-suitable formability in the forming process as well as subsequent formability, repairability and good separability with regard to a Recycling by the thermoplastic bonding of the metal layers and the fiber reinforced layer.

Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die Einbringung des mindestens einen Monomers und/oder das Umhüllen des Fasermaterials und/oder die zumindest teilweise Aushärtung des mindestens einen Monomers unter Einbringung von Wärmeenergie erfolgt. Durch die Einbringung von Wärmeenergie kann die Infiltration des Monomers in die Faserschicht und die benötigte Zeitdauer sowie der Beginn der Polymerisation auch über die Temperatur und die Temperaturführung in weiten Grenzen beeinflusst werden. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung die eingebrachte Wärmeenergie eine Aushärtung des mindestens einen Monomers bei Temperaturen im Bereich von mindestens 130°C, vorzugsweise von 200°C ermöglichen.It is of particular advantage in this case if the introduction of the at least one monomer and / or the wrapping of the fiber material and / or the at least partial curing of the at least one monomer takes place with the introduction of thermal energy. By introducing thermal energy, the infiltration of the monomer into the fiber layer and the required time period as well as the beginning of the polymerization can also be influenced to a large extent via the temperature and the temperature control. In this case, in a further embodiment, the introduced thermal energy allow a curing of the at least one monomer at temperatures in the range of at least 130 ° C, preferably of 200 ° C.

Denkbar ist es weiterhin, dass die Wärmeenergie durch eine Temperierung des Umformwerkzeugs in das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug eingebracht wird. So können z. B. bei der Umformung oder auch vor der Umformung entstandene Wärmemengen dazu genutzt werden, die Polymerisation zu befördern, auch ist es denkbar, dass das Umformwerkzeug gezielt geheizt oder temperiert wird, um die Polymerisation in gewünschter Weise und ohne unzulässige Temperaturen ablaufen zu lassen.It is also conceivable that the thermal energy is introduced by a temperature of the forming tool in the fiber-metal laminate semifinished product. So z. B. used in the forming or before forming heat to be used to promote the polymerization, it is also conceivable that the forming tool is heated or tempered specifically to run the polymerization in the desired manner and without inadmissible temperatures.

Von besonderem Vorteil insbesondere für das Handling der Faserschicht bei der Herstellung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs ist es, dass die Faserschicht trocken zwischen die beiden angrenzenden Schichten aus dem metallischen Material eingebracht werden kann. Hierdurch ist eine zumindest teilautomatische Herstellung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs wesentlich einfacher, auch können naturgemäß noch keine ungewollten Polymerisationsvorgänge in dem vorbereiteten Faser-Metall-Laminat-Halbzeug ablaufen, da das Monomer zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht in die Schicht eingebracht ist.Of particular advantage in particular for the handling of the fiber layer in the production of the fiber-metal laminate semifinished product is that the fiber layer can be introduced dry between the two adjacent layers of the metallic material. As a result, an at least semi-automatic production of the fiber-metal laminate semifinished product is much easier, and naturally no unwanted polymerization processes can take place in the prepared fiber-metal laminate semifinished product, since the monomer is not yet introduced into the layer at this time ,

Für die Homogenität und den Grad der Füllung der Faserschicht mit dem Monomer ist es von besonderem Vorteil, wenn das mindestens eine Monomer unter Druck in den Bereich der Faserschicht eingespritzt wird. Hierdurch kann dieses typischerweise niedrig viskose Monomer die gesamte Faserschicht vollständig durchdringen und bis zur Sättigung füllen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Berandungen des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs gegenüber einem Austritt des eingebrachten Monomers form- und/oder kraftschlüssig abgedichtet werden, damit das eingepresste Monomer nicht bestimmungswidrig aus der Faserschicht austreten und unter Druck die ganze Faserschicht füllen kann. Hierzu ist in einer ersten Ausgestaltung denkbar, dass die Berandungen des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs zur Abdichtung selbst miteinander verbunden werden, z. B. durch fügende plastische Verfahren oder auch eine Art Verklebung oder dgl. Eine andere Ausgestaltung könnte darin bestehen, dass die Berandungen des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs durch die Kraftwirkung von Teilen des Umformwerkzeugs abgedichtet werden, wie dies etwa im Falle des Tiefziehens durch entsprechende Formgebung des Niederhalters oder beim Strangpressen durch vorlaufende Walzen oder dgl. erzeugt werden könnte. Für den Fall einer wie vorstehend vorgenommenen Abdichtung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs z. B. in einem Umformwerkzeug kann die Faserschicht zwischen den Blechen eingelegt und dieses in drei unterschiedlichen Abläufen infiltriert werden. Die Abläufe unterscheiden sich durch den Zeitpunkt der Infiltration. Es kann vor, nach oder während der Umformung Infiltriert werden. Dabei spielt die Entwicklung eines geeigneten Dichtungskonzeptes für das niederviskose Monomer, welches zwischen die Bleche injiziert wird, eine entscheidende Rolle. Darüberhinaus kann ein Klemmkonzept für eine gezielte Faserfixierung der Faserschicht zwischen den metallischen Blechen in der Werkzeugform von Bedeutung sein.For the homogeneity and the degree of filling of the fiber layer with the monomer, it is of particular advantage if the at least one monomer is injected under pressure into the region of the fiber layer. This allows this typically low viscosity monomer to completely penetrate the entire fiber layer and fill it to saturation. The prerequisite for this is that the edges of the fiber-metal laminate semifinished product are sealed positively and / or non-positively against leakage of the introduced monomer, so that the pressed-in monomer does not escape from the fiber layer in a manner contrary to regulations and can fill the entire fiber layer under pressure. For this purpose, it is conceivable in a first embodiment that the edges of the fiber-metal laminate semifinished product are themselves connected to each other for sealing, for. Another embodiment could be that the edges of the fiber-metal laminate semifinished product are sealed by the force of parts of the forming tool, as in the case of deep drawing by corresponding shaping of the blank holder or during extrusion by leading rollers or the like. May be generated. In the case of a sealing of the fiber-metal laminate semifinished product, as described above, z. B. in a forming tool, the fiber layer can be inserted between the sheets and this infiltrated in three different processes. The processes differ by the time of infiltration. It can be infiltrated before, after or during the transformation. Here, the development of a suitable sealing concept for the low-viscosity monomer, which is injected between the sheets, plays a crucial role. In addition, a clamping concept for a targeted fiber fixation of the fiber layer between the metallic sheets in the mold may be of importance.

Von besonderem Vorteil ist es, dass die Schicht des Fasermaterials aus Geweben und/oder Gelegen und/oder Vliesen aus faserartigen Materialien, insbesondere aus Glasfasern oder Kohlenstofffasern gebildet werden kann, so dass je nach den gewünschten Eigenschaften des Faser-Metall-Laminat-Bauteils unterschiedliche Fasern, unterschiedliche Faservernetzungen und unterschiedliche Faserlängen und Faserorientierungen, ggf. auch gemischt miteinander ausgewählt werden können. Dies erlaubt eine weitgehende Beeinflussung der Eigenschaften der polymerisierten Faser-Verbundschicht und damit auch des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs bzw. des daraus hergestellten Faser-Metall-Laminat-Bauteils insgesamt.It is of particular advantage that the layer of the fiber material can be formed from woven fabrics and / or loops and / or nonwovens of fibrous materials, in particular of glass fibers or carbon fibers, so that different depending on the desired properties of the fiber-metal laminate component Fibers, different fiber crosslinks and different fiber lengths and fiber orientations, possibly mixed with each other can be selected. This allows a substantial influence on the properties of the polymerized fiber composite layer and thus also of the fiber-metal laminate semifinished product or of the fiber-metal-laminate component produced therefrom overall.

In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Oberflächen der blechartigen Schichten, die mit der Schicht aus dem Fasermaterial in Kontakt treten, vor der Umformung chemisch und/oder physikalisch und/oder mechanisch von Verunreinigungen oder Oberflächenanlagerungen gereinigt werden. Hierdurch lässt sich eine Verbesserung der Anhaftung des mindestens einen polymerisierenden Monomers erreichen, wodurch während der Umformung, vor allem aber auch am fertigen Faser-Metall-Laminat-Bauteils Delaminationen verhindert werden. Hierbei kann nach der Reinigung der Oberflächen der blechartigen Schichten auch z. B. eine neue Oxidschicht höherer Qualität und/oder verbesserter Anhaftung für das nachfolgend aufzutragende Monomer aufgebracht werden. Alternativ kann nach der Reinigung der Oberflächen der blechartigen Schichten eine Schutzschicht, insbesondere eine dichte und flexible Mineralglasschicht aufgetragen werden, die als zusätzlicher Korrosionsschutz der blechartigen Schichten dient und z. B. eine zwischenzeitliche Korrosion gereinigter, aber noch nicht weiter verarbeiteter Bleche verhindert. Hierzu kann beispielsweise auf einer Aluminiumschicht unter der Mineralglasschicht eine Gradienten-Schicht aufgebracht werden, die zunächst weich und flexibel ist (SiOxCyHz) und dann kontinuierlich härter, aber weniger flexibel wird (in Richtung reinem SiO2).In a further embodiment, it is conceivable that the surfaces of the sheet-like layers, which come into contact with the layer of the fiber material, are chemically and / or physically and / or mechanically cleaned of impurities or surface deposits before forming. As a result, an improvement in the adhesion of the at least one polymerizing monomer can be achieved, which prevents delamination during the forming, but above all also on the finished fiber-metal-laminate component become. Here, after cleaning the surfaces of the sheet-like layers also z. B. a new oxide layer of higher quality and / or improved adhesion for the subsequently applied monomer can be applied. Alternatively, after cleaning the surfaces of the sheet-like layers, a protective layer, in particular a dense and flexible mineral glass layer can be applied, which serves as additional corrosion protection of the sheet-like layers and z. B. prevents interim corrosion of cleaned, but not further processed sheets. For this purpose, for example, on a layer of aluminum under the mineral glass layer, a gradient layer are applied, which is initially soft and flexible (SiOxCyHz) and then continuously harder, but less flexible (in the direction of pure SiO2).

Grundsätzlich ist es denkbar, dass für die blechartigen Schichten metallisches Material jeglicher Art, vor allem aber Stahlmaterialien und/oder Leichtmetallmaterialien und/oder schwer umformbare Materialien, vorzugsweise Magnesiummaterialien verwendet wird. Hierbei kann für beide metallische Schichten eines Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs das gleiche metallische Material verwendet werden, es ist aber auch denkbar, für jede Schicht unterschiedliche metallische Materialien oder zumindest abschnittsweise unterschiedliche metallische Materialien zu verwenden. Auch kann die Dicke der Schichten aus den metallischen Materialien gleichförmig oder ungleichförmig, ggf. auch abschnittweise ungleichförmig ausgestaltet sein, um etwa genau dort, wo bei dem späteren Faser-Metall-Laminat-Bauteil besondere Belastungen auftreten, eine Verstärkung der Schichten aus den metallischen Materialien vorzusehen. Rein beispielhaft genannt können als metallisches Material für die blechartigen Schichten Aluminiumlegierungen der 5XXX- und 6XXX-Reihe oder auch Stähle DC06 und/oder DP 600 verwendet werden.In principle, it is conceivable that for the sheet-like layers of metallic material of any kind, but especially steel materials and / or light metal materials and / or difficult to convert materials, preferably magnesium materials is used. In this case, the same metallic material can be used for both metallic layers of a fiber-metal laminate semifinished product, but it is also conceivable to use different metallic materials or at least partially different metallic materials for each layer. Also, the thickness of the layers of the metallic materials uniform or nonuniform, possibly even sections are designed to be non-uniform, approximately at exactly where in the later fiber-metal laminate component special loads occur, a reinforcement of the layers of the metallic materials provided. By way of example only, aluminum alloys of the 5XXX and 6XXX series or even steels DC06 and / or DP 600 can be used as the metallic material for the sheet-like layers.

Weiterhin ist es denkbar, dass mehr als zwei blechartige Schichten jeweils unter Zwischenlegung einer Schicht aus einem Fasermaterial zu einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug geschichtet werden. Hierdurch kann eine weitere Beeinflussung der Eigenschaften des Faser-Metall-Laminat-Bauteils erreicht werden, wobei in den einzelnen Schichten eines derartig gebildeten Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs jeweils unterschiedliche metallische Schichten bzw. Faserschichten bzw. verwendete Monomere denkbar sind.Furthermore, it is conceivable that more than two sheet-like layers are each layered with the interposition of a layer of a fiber material to form a fiber-metal laminate semifinished product. In this way, a further influencing of the properties of the fiber-metal-laminate component can be achieved, wherein in each case different metallic layers or fiber layers or used monomers are conceivable in the individual layers of such a formed fiber-metal laminate semifinished product.

Als besonders bevorzugtes Umformverfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren für ein Tiefziehverfahren mit Niederhalter und Tiefziehstempel verwendet werden.As a particularly preferred forming method, the inventive method for a deep-drawing process with hold-down and thermoforming dies can be used.

In einer anderem Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren für ein Strangpressen als Umformverfahren verwendet werden, bei dem die metallischen Schichten durch eine Strangpressverfahren gebildet werden.In another embodiment, the inventive method for extrusion can be used as a forming process in which the metallic layers are formed by an extrusion molding process.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es dabei denkbar, dass die blechartigen Schichten aus einem metallischen Material beim Strangpressen aus zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten Abschnitten des gleichen Strangpressprofils oder aus zwei Abschnitten von zwei aufeinander zu liegen kommenden Strangpressprofilen gebildet werden. Hierbei werden die Schichten des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs erst unmittelbar vor der Verbindung mit der Faserschicht und damit der Herstellung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs durch Strangpressen erzeugt, wodurch die Prozesswärme des Strangpressprozesses zur Beschleunigung der Temperierung des Polymerisationsprozesses des Monomers genutzt werden kann. Auch kann dieser Prozess kontinuierlich ablaufen, sowohl in Bezug auf die Erzeugung der metallischen Schichten als auch in Bezug auf das Einlegen der Faserschicht und die Einbringung des Monomers. Dadurch ist diese Herstellungsweise besonders wirtschaftlich. Auch können bei Verwendung von zwei Abschnitten von zwei aufeinander zu liegen kommenden unterschiedlichen Strangpressprofilen unterschiedliche metallische Materialien für die metallischen Schichten benutzt und miteinander kombiniert werden.In an advantageous embodiment, it is conceivable that the sheet-like layers are formed from a metallic material during extrusion from two mutually arranged at an angle sections of the same extruded profile or two sections of two juxtaposed extrusion profiles. In this case, the layers of the fiber-metal laminate semifinished product are produced by extrusion only immediately before the connection with the fiber layer and thus the production of the fiber-metal laminate semifinished product, whereby the process heat of the extrusion process is used to accelerate the temperature control of the polymerization process of the monomer can be. Also, this process can proceed continuously, both in terms of the formation of the metallic layers, as well as in terms of the insertion of the fibrous layer and the incorporation of the monomer. As a result, this method of production is particularly economical. Also, by using two sections of two different extruded profiles lying adjacent to each other, different metallic materials can be used for the metallic layers and combined with each other.

In weiterer Ausgestaltung kann dabei die Schicht aus dem Fasermaterial zwischen die einander zuzuordnenden Abschnitte des Strangpressprofils oder die beiden Abschnitte der aufeinander zu liegen kommenden Strangpressprofile eingebracht werden, bevor die einander zuzuordnenden Abschnitte des oder der Strangpressprofile aufeinander zu liegen kommen, etwa indem zwischen den Abschnitten der metallischen Materialien die Faserschicht z. B. von einer Rolle abgezogen und zwischen die Abschnitte der metallischen Materialien geführt wird. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung das mindestens eine Monomer auf die Schicht aus dem Fasermaterial aufgebracht, vorzugsweise drucklos und bis zur Sättigung der Schicht aufgesprüht werden, bevor die einander zuzuordnenden Abschnitte des oder der Strangpressprofile aufeinander zu liegen kommen. Hierbei ist eine druckbehaftete Einbringung des Monomers aufwändiger, da hierfür bei dem kontinuierlichen Prozess eine sichere Abdichtung des laufend produzierten Stranges gewährleistet werden müsste. In weiterer Ausgestaltung können dann nach dem Einbringen des mindestens einen Monomers und der Schicht aus dem Fasermaterial die Abschnitte des Strangpressprofils vorzugsweise walztechnisch aufeinander gepresst und damit während der beginnenden Polymerisation miteinander verbunden werden. Es ist aber auch ein anderes Verbindungsverfahren als das Walzen denkbar.In a further embodiment, the layer of fiber material between the mutually assignable sections of the extruded profile or the two sections of successive extrusion profiles can be introduced before the mutually attributable sections of the extruded or come to rest, such as by between the sections of Metallic materials, the fiber layer z. B. withdrawn from a roll and passed between the sections of the metallic materials. In this case, in a further embodiment, the at least one monomer is applied to the layer of the fiber material, preferably without pressure and sprayed to saturation of the layer before the mutually attributable sections of the extruded or come to rest each other. In this case, a pressurized introduction of the monomer is more complex, since this would have to be ensured in the continuous process, a secure seal of the continuously produced strand. In a further refinement, after the introduction of the at least one monomer and the layer of the fiber material, the sections of the extruded profile can then preferably be pressed against each other by rolling, and thus joined together during the incipient polymerization. But it is also a different connection method than rolling conceivable.

In einer anderen Ausgestaltung kann als Umformverfahren ein Walzprofilieren verwendet werden, bei dem das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug mittels Walzprofilieren umgeformt wird. Hierbei kann das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug in kontinuierlicher oder auch stückweiser Ausgestaltung wie beim Tiefziehen wie vorstehend beschrieben vorbereitet und durch ein Walzprofilieren mit gleichzeitig beginnender Polymerisation des Monomers in die endgültige Form des Faser-Metall-Laminat-Bauteils umgeformt werden.In another embodiment, as a forming process, a roll forming can be used, in which the fiber-metal-laminate semi-finished product is formed by roll forming. Here, the fiber-metal-laminate semi-finished product can be prepared in a continuous or piecewise configuration as in deep drawing as described above and formed by a roll forming with simultaneous incipient polymerization of the monomer in the final form of the fiber-metal laminate component.

Hinsichtlich der zu verwendenden Materialien zu Bildung der thermoplastischen Matrix der Faserverbundschicht können bevorzugt unterschiedliche reaktive Monomere oder vergleichbare Substanzen zur Anwendung kommen, von denen einige nur beispielhaft nachfolgend angegeben werden. Wichtig ist hierbei, dass die Polymerisation anders als bei den üblicherweise duromeren Harzen, die sonst üblicherweise zur Herstellung von Faserverbundschichten benutzt werden, wesentlich schneller abläuft und daher kürzere Taktzeiten im Bereich von wenigen Minuten im Werkzeug bis zur Ausformung erreicht werden können.With regard to the materials to be used for forming the thermoplastic matrix of the fiber composite layer, preference may be given to using different reactive monomers or comparable substances, some of which are given below by way of example only. It is important here that the polymerization, unlike the usually thermosetting resins that are otherwise usually used for the production of fiber composite layers, runs much faster and therefore shorter cycle times in the range of a few minutes in the tool can be achieved until the molding.

Besonders bevorzugt kann zur Bildung einer thermoplastischen Matrix in der Schicht des Fasermaterials eine reaktive, monomere Vorstufe einer Thermoplastmatrix (T-RTM) mit im Ausgangszustand niedriger Viskosität verwendet werden. Als einige und nicht abschließend angeführt zu betrachtende Beispiele hierfür kann das thermoplastisch aushärtende Monomer Caprolactam angegeben werden, das zu Gusspolyamid 6 (PA6G) polymerisiert. Ein derartig grundsätzlich bekanntes Caprolactam-Monomer polymerisiert unter Hinzufügung eines Initiators oder Katalysators und eines Aktivators zu einem anionisch polymerisierten Polyamid 6, wobei als Reaktionstemperatur des Caprolactam-Monomers zwischen 130 und 160°C anzustreben ist. Mit derartiger Prozessführung kann die vollständige Polymerisation des Caprolactam-Monomers schon innerhalb von 3 Minuten erfolgen, wodurch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kurze und wirtschaftlich interessante Taktzeiten zur Herstellung von Faser-Metall-Laminat-Bauteilen erreicht werden können.With particular preference, a reactive, monomeric precursor of a thermoplastic matrix (T-RTM) with a starting viscosity of low viscosity can be used to form a thermoplastic matrix in the layer of the fiber material. Examples which may be considered of some and not exhaustive are the thermoplastic curing monomer caprolactam which polymerizes to cast nylon 6 (PA6G). Such a basically known caprolactam monomer polymerized with the addition of an initiator or catalyst and an activator to an anionically polymerized polyamide 6, wherein the reaction temperature of the caprolactam monomer between 130 and 160 ° C is desirable. With such process control, the complete polymerization of the caprolactam monomer can already take place within 3 minutes, whereby in the method according to the invention short and economically interesting cycle times for the production of fiber-metal-laminate components can be achieved.

Aufgrund verschiedener prozesstechnischer Vorteile wird in der Praxis die Verarbeitung von Caprolactam zu Verbunden mit PA6G Matrix bevorzugt verwendet. Durch die mit etwa 5 mPa·s sehr geringe, wasserähnliche Viskosität wird es ermöglicht, konventionelle Duromerverarbeitungsverfahren wie das Resin-Transfer-Moulding (RTM) zu verwenden. Der Einfluss des Aktivator- und Katalysatorverhältnisses, sowie der Polymerisationstemperatur und -zeit auf die mittlere Molmasse und den Kristallinitätsgrad ermöglicht eine weitgehende Beeinflussung des Polymerisationsprozesses. Die Polymerisationszeit lässt sich durch die Wahl von Aktivator- und Katalysatorkombinationen, sowie deren Verhältnis in weiten Bereichen einstellen.Due to various procedural advantages, the processing of caprolactam to PA6G matrix is preferred in practice. The very low water-like viscosity of about 5 mPa · s makes it possible to use conventional duromer processing methods such as resin transfer molding (RTM). The influence of the activator and catalyst ratio, as well as the polymerization temperature and time on the average molecular weight and the degree of crystallinity allows a substantial influence on the polymerization process. The polymerization time can be adjusted by the choice of activator and catalyst combinations, and their ratio in a wide range.

Für die chemische Umsetzung der G-PA 6 Polymerisation, die gleichzeitig die Anbindung an die Metallschichten realisieren soll, müssen geeignete Metalle für die Eignung von Polymerisation des Caprolactams und die Blechumformung ausgewählt und vorbereitet werden. Um eine Polymerisation mit hoher Güte zu erreichen, ist es gleichzeitig notwendig, die chemische Kompatibilität zwischen dem reaktiven Monomer und dem Fasermaterial zu erreichen. Entscheidend bei der Faserauswahl ist eine für die anionische Polymerisation geeignete Schlichte, ein Faserhalbzeug, das sich im späteren Herstellprozess gut drapieren lässt und eine entsprechende Vortrocknung der Fasermaterials, um die Reaktion nicht zu hindern.For the chemical implementation of the G-PA 6 polymerization, which is also intended to realize the connection to the metal layers, suitable metals for the suitability of polymerization of caprolactam and sheet metal forming must be selected and prepared. At the same time, to achieve high-quality polymerization, it is necessary to achieve chemical compatibility between the reactive monomer and the fiber material. Decisive in the choice of fibers is a suitable for anionic polymerization sizing, a semi-finished fiber, which can be well drape in the later manufacturing process and a corresponding predrying of the fiber material in order not to hinder the reaction.

Alternativ kann als thermoplastisch aushärtendes Monomer Lauryllactam verwendet werden, das zu PA12 polymerisiert oder auch Cyclo-Butylen-Therephthalat, das zu Polybutylenterephthalat polymerisiert.Alternatively, as the thermosetting monomer, lauryllactam may be used which polymerizes to PA12 or cyclobutylene terephthalate which polymerizes to polybutylene terephthalate.

Die Erfindung hinsichtlich des Faser-Metall-Laminat-Bauteils beschreibt ein Faser-Metall-Laminat-Bauteil, aufweisend ein Faser-Metall-Laminat-Halbzeug aus mindestens zwei blechartigen Deckschichten aus einem metallischen Material mit einer zwischen den metallischen Deckschichten angeordneten Schicht aus einem Fasermaterial, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1. Bei einem derartigen gattungsgemäßen Faser-Metall-Laminat-Bauteil ist in dem Bereich der Schicht des Fasermaterials mindestens ein Monomer vor und/oder während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs einbringbar, wobei das mindestens eine Monomer während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeug zu dem Faser-Metall-Laminatbauteil zumindest teilweise zu einer thermoplastischen Matrix ausgehärtet ist.The invention with regard to the fiber-metal laminate component describes a fiber-metal laminate component comprising a fiber-metal laminate semifinished product of at least two sheet-like cover layers of a metallic material with a layer of a fiber material arranged between the metallic cover layers , in particular produced according to the method according to claim 1. In such a generic fiber-metal laminate component, at least one monomer is present in the region of the layer of the fiber material before and / or during and / or after the deformation of the fiber-metal laminate. Semi-product can be introduced, wherein the at least one monomer during and / or after the deformation of the fiber-metal laminate semi-finished to the fiber-metal laminate component is at least partially cured to a thermoplastic matrix.

Die wesentlichen Eigenschaften und Vorteile derartig aufgebauter und hergestellter Faser-Metall-Laminat-Bauteile ist schon vorstehend in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ausführlich erläutert worden. Es wird daher hier nur noch auf bauteilmäßige Besonderheiten extra hingewiesen, ansonsten wird auf die Beschreibung des Verfahrens in vollem Umfang auch für die Erläuterung der erfindungsgemäßen Faser-Metall-Laminat-Bauteile selbst Bezug genommen.The essential properties and advantages of fiber-metal laminate components constructed and manufactured in this way have already been explained in detail in relation to the method according to the invention. It is therefore only referred to component specific features extra, otherwise reference is made to the description of the process in its entirety for the explanation of the fiber-metal laminate components according to the invention itself.

Die polymerisierte Schicht der Faserverbundmatrix kann das thermoplastisch aushärtende Monomer Caprolactam aufweisen, das zu Gusspolyamid 6 (PA6G) polymerisiert. Alternativ kann auch Lauryllactam verwendet werden, das zu PA12 polymerisiert, oder auch Cyclo-Butylen-Therephthalat, das zu Polybutylenterephthalat polymerisiert.The polymerized layer of the fiber composite matrix can be the thermoplastic hardening Monomer caprolactam, which polymerizes to cast nylon 6 (PA6G). Alternatively, it is also possible to use laurolactam which polymerizes to PA 12, or cyclobutylene terephthalate which polymerizes to polybutylene terephthalate.

Als metallisches Material für die blechartigen Schichten können Aluminiumlegierungen der 5XXX- und 6XXX-Reihe oder auch Stähle DC06 und/oder DP 600 verwendet werden. Darüber hinaus sind auch die schwer umformbaren Magnesiumlegierungen für die blechartigen Schichten denkbar. Alle vorstehenden Materialien sind hierbei rein beispielhaft angegeben und es kann eine Vielzahl anderer metallischer Materialien ebenfalls von der Erfindung umfasst sein.As metal material for the sheet-like layers, aluminum alloys of the 5XXX and 6XXX series or steels DC06 and / or DP 600 can be used. In addition, the difficult to transform magnesium alloys for the sheet-like layers are conceivable. All the above materials are given by way of example only and a variety of other metallic materials may also be included in the invention.

Auch ist es denkbar, dass mehr als zwei blechartige Schichten jeweils unter Zwischenlegung einer Schicht aus einem Fasermaterial zu einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug geschichtet sind.It is also conceivable that more than two sheet-like layers are each layered with the interposition of a layer of a fiber material to a fiber-metal laminate semifinished product.

Die Schichtdicken der metallischen Materialien und des faserverstärkten Verbundwerkstoffs können anwendungsabhängig vorgegeben werden, z. B. zur Erhöhung der Schalldämpfung kann eine dickere Faserschicht vorgesehen werden.The layer thicknesses of the metallic materials and the fiber-reinforced composite material can be specified depending on the application, z. B. to increase the sound attenuation, a thicker fiber layer can be provided.

Auch ist es denkbar, dass zumindest abschnittsweise mehr als eine Schicht eines Fasermaterials übereinander gestapelt zwischen die metallischen Schichten eingebracht ist, um lokal unterschiedliche Eigenschaften der Schicht des Fasermaterials hervorzurufen. Entsprechend kann auch die Dicke der metallischen Schichten im Ganzen oder lokal variiert werden.It is also conceivable that, at least in sections, more than one layer of a fiber material is stacked between the metallic layers in order to produce locally different properties of the layer of the fiber material. Accordingly, the thickness of the metallic layers can be varied as a whole or locally.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention is shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1a1d – den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens der In-Situ-Herstellung von Faser-Metall-Laminat-Bauteilen aus geschichtet aufgebauten Faser-Metall-Laminat-Halbzeugen aus metallischen Deckblechen und Faserverbundkern und einer Polymerisation mindestens eines Monomers bei der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs am Beispiel eines Tiefziehprozesses in einem schematischen Ablaufplan, 1a - 1d - The sequence of a method according to the invention of the in-situ production of fiber-metal laminate components of layered constructed fiber-metal laminate semifinished products of metallic cover sheets and fiber composite core and a polymerization of at least one monomer in the forming of the fiber-metal laminate Halves using the example of a deep drawing process in a schematic flow chart,

2a2b – ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie ein entsprechend hergestelltes Faser-Metall-Laminat-Bauteil am Beispiel eines Strangpressprozesses. 2a - 2 B - An inventive method and a correspondingly produced fiber-metal-laminate component using the example of an extrusion process.

In der 1 ist der typische Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens der In-Situ-Herstellung von Faser-Metall-Laminat-Bauteilen aus geschichtet aufgebauten Faser-Metall-Laminat-Halbzeugen aus metallischen Deckblechen und Faserverbundkern und einer Polymerisation mindestens eines Monomers bei der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs am Beispiel eines Tiefziehprozesses in einem schematischen Ablaufplan dargestellt.In the 1 is the typical sequence of a method according to the invention of the in-situ production of fiber-metal laminate components from layered constructed fiber-metal laminate semifinished products of metallic cover sheets and fiber composite core and a polymerization of at least one monomer in the forming of the fiber-metal Laminated semi-finished by the example of a thermoforming process shown in a schematic flow chart.

In dem ersten Schritt gemäß 1a sollen die platinenartigen metallischen Materialien 2, 4 zum Zwecke besserer Haftung bzw. Adhäsion vorbehandelt werden. Dieses kann sowohl chemisch als auch mechanisch als auch physikalisch erfolgen. In der 1a ist eine Plasmabehandlung mit einem Plasmastrahl 11 aus einem Plasmabrenner 10 zu erkennen, der zumindest eine Seite des metallischen Materials 2, 4 ganzflächig behandelt und dadurch die Adhäsion an dieser Oberfläche erhöht. Auch können in diesem Vorbehandlungsschritt z. B. Schutzschichten, Haftvermittlerschichten oder dgl. aufgebracht werden.In the first step according to 1a should the platinum-like metallic materials 2 . 4 be pretreated for better adhesion or adhesion. This can be done both chemically and mechanically as well as physically. In the 1a is a plasma treatment with a plasma jet 11 from a plasma torch 10 to recognize the at least one side of the metallic material 2 . 4 treated over the entire surface and thereby increases the adhesion to this surface. Also, in this pretreatment step z. As protective layers, adhesion promoter layers or the like. Are applied.

Im nächsten Schritt gemäß 1b werden die Faser-Metall-Laminat-Halbzeuge 1 schichtweise aus Fasergeweben 3 oder auch Fasergelegen oder Faservliesen, die in diesem Schritt noch trocken sind, und den metallischen Schichten 2, 4 durch stapelweise Anordnung übereinander hergestellt. Dies kann von Hand oder auch teilautomatisiert erfolgen, da die trockene Faserschicht einfach zu handhaben ist.In the next step according to 1b become the fiber-metal laminate semi-finished products 1 Layered fiber fabrics 3 or also fibrous webs or fibrous webs which are still dry in this step and the metallic layers 2 . 4 produced by stacked arrangement on top of each other. This can be done manually or semi-automatically, as the dry fiber layer is easy to handle.

In einem dritten Schritt gemäß 1c wird dieses Faser-Metall-Laminat-Halbzeug 1 in eine nicht näher dargestellte Tiefziehpresse mit einem Tiefziehwerkzeug eingelegt, von dem nur die Tiefziehmatrize 6 sowie der Niederhalter 7 dargestellt sind. Der nicht dargestellte Tiefziehstempel ist in bekannter Weise oberhalb der Tiefziehmatrize 6 angeordnet und bewegt sich beim Tiefziehvorgang senkrecht in die Tiefziehmatrize 6 hinein. Durch die Kraft des Niederhalters 7 wird das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug 1 im Randbereich auf die Oberseite der Tiefziehmatrize 6 gedrückt, wobei es durch umlaufenden Ziehsicken 9 zur ringförmigen Abdichtung des Inneren des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs 1 kommt. Somit kann nun das Einspritzen des Monomers 16 über einen mit dem Inneren des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs 1 in Verbindung stehenden Einspritzkanal 5 erfolgen und der Tiefziehvorgang starten. Dabei wird das Innere des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs 1 mit dem Fasermaterial 3 vollständig mit dem Monomer 16 gefüllt und der Polymerisationsvorgang des reaktiven Monomers 16 kann beginnen.In a third step according to 1c becomes this fiber-metal-laminate semi-finished product 1 placed in a deep drawing press, not shown, with a thermoforming tool, of which only the thermoforming die 6 as well as the hold-down 7 are shown. The deep-drawing die, not shown, is in a known manner above the thermoforming die 6 arranged and moves during the deep drawing process vertically in the thermoforming die 6 into it. By the power of the hold-down 7 becomes the fiber-metal-laminate semi-finished product 1 in the edge area on the top of the thermoforming die 6 pressed it by circulating drawing beads 9 for annular sealing of the interior of the fiber-metal laminate semifinished product 1 comes. Thus, now the injection of the monomer 16 via one with the interior of the fiber-metal laminate semifinished product 1 related injection channel 5 done and start the thermoforming process. In this case, the interior of the fiber-metal laminate semifinished product 1 with the fiber material 3 completely with the monomer 16 filled and the polymerization process of the reactive monomer 16 can start.

In einem nächsten Schritt gemäß 1d erfolgt die Umformung (es ist in 1d ein noch nicht vollständig abgeschlossener Umformungsgrad dargestellt) mit beginnender Aushärtung des Monomers 16 durch Polymerisation während der laufenden Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs 1 zu einem vereinfacht dargestellten Napf. Denkbar ist hierbei auch, dass die Umformung bei erhöhter Temperatur (Temperierung des Werkzeugs 6 auf z. B. 200°C) durchgeführt wird, so dass der Aushärteprozess während der Umformung startet, was zu einer zusätzlichen Beeinflussung des Werkstoffflusses führt und die Prozesszeiten weiter reduzieren kann. Die Temperierung des Werkzeuges 6 kann hierbei beispielhaft durch erhitzbare Heizpatronen 8 mit Beginn der Umformung und auch noch danach erfolgen. Eine Temperierung des Werkzeuges 6 kann nicht nur zur Aushärtung des Monomers in der Faserschicht 3 zu der thermoplastischen Matrix verwendet werden, sondern auch zur Umformung von schwer umformbarem Material wie z. B. Magnesiumlegierungen oder dgl. dienen.In a next step according to 1d the forming takes place (it is in 1d a degree of transformation that has not yet been completed) with the onset of curing of the monomer 16 by polymerization during the ongoing forming of the fiber-metal laminate semifinished product 1 to a simplified illustrated cup. It is also conceivable that the deformation at elevated temperature (temperature of the tool 6 on z. B. 200 ° C) is performed so that the curing process starts during the forming, which leads to an additional influence on the material flow and can further reduce the process times. The temperature of the tool 6 This can be exemplified by heatable heating cartridges 8th take place with the beginning of the forming and also afterwards. A tempering of the tool 6 Not only can cure the monomer in the fiber layer 3 be used to the thermoplastic matrix, but also for the transformation of difficult to convert material such. As magnesium alloys or the like. Serve.

In einem abschließenden Schritt gemäß 1e erfolgt nun nach Abschluss der Umformung die komplette Polymerisation des Monomers 16 durch Polymerisation in der Faserschicht 3, wodurch die Matrix des Faserverbundschicht ausgebildet wird. Hierbei ist das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug 1 komplett umgeformt und es liegt nach Abschluss der Polymerisation das fertige Faser-Metall-Laminat-Bauteil vor. Diese abschließende Polymerisation erfolgt z. B. durch Temperierung mittels der schon erwähnten Heizpatronen 8.In a final step according to 1e Now, after completion of the transformation, the complete polymerization of the monomer takes place 16 by polymerization in the fiber layer 3 , whereby the matrix of the fiber composite layer is formed. Here is the fiber-metal laminate semi-finished product 1 completely transformed and it is after completion of the polymerization, the finished fiber-metal-laminate component before. This final polymerization takes place for. B. by tempering using the already mentioned heating cartridges 8th ,

In der 2 ist eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein entsprechend hergestelltes Faser-Metall-Laminat-Bauteil am Beispiel eines Strangpressprozesses schematisch dargestellt und wird im Weiteren kurz beschrieben.In the 2 another embodiment of the method according to the invention and a correspondingly produced fiber-metal laminate component is shown schematically using the example of an extrusion process and will be described briefly below.

Während des Strangpressens wird ein auf einer Rolle 20 aufgewickeltes Fasergewebe 3 oder auch Fasergelege zwischen zwei mit hoher Temperatur (ca. 250°C) und ggf. durch Ventilatoren 14 gekühlt aus zwei übereinander angeordneten Strangpressen 12, 13 austretenden Rechteckprofilen 15 maschinell eingelegt und vorher in einer Sprühstation 17 beidseitig mit Monomer 16 bis zur vollständigen Durchtränkung besprüht. In einem anschließenden Schritt werden die übereinander zu liegen kommenden Stränge von Rechteckprofilen 15 und mit Monomer 16 besprühtem Fasergewebe 3 mittels Walzen 18 aufeinander gewalzt und dadurch miteinander dauerhaft verbunden. Denkbar ist es dabei, durch eine weitere versetzte Walze 19 den vereinigten Strang durch Walzbiegen in eine bestimmte Krümmungsform zu bringen.During extrusion one becomes on a roll 20 wound fiber fabric 3 or fiber cladding between two at high temperature (about 250 ° C) and possibly by fans 14 cooled from two superposed extruders 12 . 13 emerging rectangular profiles 15 mechanically inserted and previously in a spray station 17 both sides with monomer 16 sprayed until completely soaked. In a subsequent step, the strands of rectangular profiles that come to lie on top of each other become superimposed 15 and with monomer 16 sprayed fiber fabric 3 by means of rollers 18 rolled together and thus permanently connected. It is conceivable, by another staggered roller 19 To bring the united strand by rolling in a certain curvature shape.

Ein entsprechend durch Strangpressen hergestelltes Bauteil aus metallischen Schichten 2', 4' und einer dazwischen angeordneten Faserverbundschicht 3' ist in der 2b für den einfachsten Fall eines ebenen Bauteils schematisch dargestellt.A correspondingly produced by extrusion component of metallic layers 2 ' . 4 ' and a fiber composite layer disposed therebetween 3 ' is in the 2 B schematically illustrated for the simplest case of a planar component.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Faser-Metall-Laminat-HalbzeugFiber-metal laminate semifinished
22
metallische Schichtmetallic layer
33
Faserschichtfiber layer
44
metallische Schichtmetallic layer
55
EinspritzkanalInjection channel
66
TiefziehgesenkTiefziehgesenk
77
NiederhalterStripper plate
88th
HeizpatroneCartridge Heater
99
NiederhaltersickeDown device Beading
1010
Plasmabrennerplasma torch
1111
Plasmastrahlplasma jet
1212
Strangpresseextruder
1313
Strangpresseextruder
1414
Gebläsefan
1515
austretender Strang metallischen Materialsemerging strand of metallic material
1616
MonomervorratMonomervorrat
1717
Sprühdüsenspray nozzles
1818
Walzeroller
1919
Biegewalzebending roller
2020
Rolle FaserschichtRoll of fiber layer

Claims (44)

Verfahren zur Herstellung von Faser-Metall-Laminatbauteilen, ausgehend von einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) aus mindestens zwei blechartigen Deckschichten (2, 4) aus einem metallischen Material mit einer zwischen den metallischen Deckschichten (2, 4) angeordneten Schicht (3) aus einem Fasermaterial (3), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Monomer (16) vor und/oder während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) in den Bereich der Faserschicht (3) eingebracht und dort zumindest teilweise zu einer thermoplastischen Matrix ausgehärtet wird, während und/oder nachdem das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) zu einem Faser-Metall-Laminatbauteil umgeformt wird.Process for the production of fiber-metal laminate components starting from a fiber-metal-laminate semi-finished product ( 1 ) of at least two sheet-like cover layers ( 2 . 4 ) of a metallic material with one between the metallic cover layers ( 2 . 4 ) layer ( 3 ) of a fiber material ( 3 ), characterized in that at least one monomer ( 16 ) before and / or during and / or after the forming of the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) in the area of the fiber layer ( 3 ) is introduced there and at least partially cured to form a thermoplastic matrix, during and / or after the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) is converted to a fiber-metal laminate component. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Monomer (16) zu einem thermoplastischen Material polymerisiert.Process according to claim 1, characterized in that the at least one monomer ( 16 ) is polymerized to a thermoplastic material. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung des mindestens einen Monomers (16) und/oder das Umhüllen des Fasermaterials (3) und/oder die zumindest teilweise Aushärtung des mindestens einen Monomers (16) unter Einbringung von Wärmeenergie (8) erfolgt.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the introduction of the at least one monomer ( 16 ) and / or the wrapping of the fiber material ( 3 ) and / or the at least partial curing of the at least one monomer ( 16 ) with the introduction of thermal energy ( 8th ) he follows. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebrachte Wärmeenergie (8) eine Aushärtung des mindestens einen Monomers (16) bei Temperaturen im Bereich von mindestens 130°C, vorzugsweise von 200°C ermöglicht.A method according to claim 3, characterized in that the introduced heat energy ( 8th ) a curing of the at least one monomer ( 16 ) at temperatures in the range of at least 130 ° C, preferably 200 ° C allows. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie (8) durch eine Temperierung des Umformwerkzeugs (6, 7) in das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) eingebracht wird. Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that the thermal energy ( 8th ) by a temperature of the forming tool ( 6 . 7 ) into the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) is introduced. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (3) trocken zwischen die beiden angrenzenden Schichten (2, 4) aus dem metallischen Material eingebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber layer ( 3 ) dry between the two adjacent layers ( 2 . 4 ) is introduced from the metallic material. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Monomer (16) unter Druck in den Bereich der Faserschicht (3) eingespritzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one monomer ( 16 ) under pressure in the area of the fiber layer ( 3 ) is injected. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) gegenüber einem Austritt des eingebrachten Monomers (16) form- und/oder kraftschlüssig (9) abgedichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the boundaries of the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) with respect to an exit of the introduced monomer ( 16 ) positive and / or non-positive ( 9 ) are sealed. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) zur Abdichtung selbst miteinander verbunden werden.A method according to claim 8, characterized in that the boundaries of the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) are connected to each other for sealing. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) durch die Kraftwirkung von Teilen (7, 9) des Umformwerkzeugs (6) abgedichtet werden.A method according to claim 8, characterized in that the boundaries of the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) by the force of parts ( 7 . 9 ) of the forming tool ( 6 ) are sealed. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (3) aus Geweben und/oder Gelegen und/oder Vliesen aus faserartigen Materialien, insbesondere aus Glasfasern oder Kohlenstofffasern gebildet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber layer ( 3 ) are formed from woven fabrics and / or loops and / or nonwovens of fibrous materials, in particular of glass fibers or carbon fibers. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der blechartigen Schichten (2, 4), die mit der Faserschicht (3) in Kontakt treten, vor der Umformung chemisch und/oder physikalisch und/oder mechanisch von Verunreinigungen oder Oberflächenanlagerungen gereinigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surfaces of the sheet-like layers ( 2 . 4 ), which with the fiber layer ( 3 ), are chemically and / or physically and / or mechanically cleaned of impurities or surface deposits prior to forming. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reinigung der Oberflächen der blechartigen Schichten (2, 4) eine neue Oxidschicht höherer Qualität und/oder verbesserter Anhaftung für das nachfolgend aufzutragende Monomer (16) aufgebracht wird.A method according to claim 12, characterized in that after cleaning the surfaces of the sheet-like layers ( 2 . 4 ) a new oxide layer of higher quality and / or improved adhesion for the subsequently applied monomer ( 16 ) is applied. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reinigung der Oberflächen der blechartigen Schichten (2, 4) eine Schutzschicht, insbesondere eine dichte und flexible Mineralglasschicht aufgetragen wird, die als zusätzlicher Korrosionsschutz der blechartigen Schichten (2, 4) dient.A method according to claim 12, characterized in that after cleaning the surfaces of the sheet-like layers ( 2 . 4 ) a protective layer, in particular a dense and flexible mineral glass layer is applied, which serves as additional corrosion protection of the sheet-like layers ( 2 . 4 ) serves. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Mineralglasschicht eine Gradienten-Schicht aufgebracht wird, die zunächst weich und flexibel ist (SiOxCyHz) und dann kontinuierlich härter aber weniger flexibel wird (in Richtung reinem SiO2).A method according to claim 14, characterized in that below the mineral glass layer, a gradient layer is applied, which is initially soft and flexible (SiOxCyHz) and then continuously harder but less flexible (in the direction of pure SiO 2). Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Material für die blechartigen Schichten (2, 4) Stahlmaterialien und/oder Leichtmetallmaterialien und/oder schwer umformbare Materialien, vorzugsweise Magnesiummaterialien verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as the metallic material for the sheet-like layers ( 2 . 4 ) Steel materials and / or light metal materials and / or difficult to convert materials, preferably magnesium materials are used. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Material für die blechartigen Schichten (2, 4) Aluminiumlegierungen der 5XXX- und 6XXX-Reihe verwendet werden.A method according to claim 16, characterized in that as metallic material for the sheet-like layers ( 2 . 4 ) Aluminum alloys of the 5XXX and 6XXX series can be used. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Material für die blechartigen Schichten (2, 4) Stähle DC06 und/oder DP 600 verwendet werden.A method according to claim 16, characterized in that as metallic material for the sheet-like layers ( 2 . 4 ) Steels DC06 and / or DP 600 can be used. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei blechartige Schichten (2, 4) jeweils unter Zwischenlegung einer Schicht aus einem Fasermaterial (3) zu einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) geschichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that more than two sheet-like layers ( 2 . 4 ) in each case with the interposition of a layer of a fiber material ( 3 ) to a fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) are layered. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformverfahren ein Tiefziehverfahren mit Niederhalter (7) und Tiefziehstempel verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forming method used is a deep-drawing method with hold-down device ( 7 ) and thermoforming stamp is used. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformverfahren ein Strangpressen (12, 13) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that extruding ( 12 . 13 ) is used. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die blechartigen Schichten (2, 4) aus einem metallischen Material beim Strangpressen (12, 13) aus zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten Abschnitten des gleichen Strangpressprofils (15) oder aus zwei Abschnitten von zwei aufeinander zu liegen kommenden Strangpressprofilen (15, 15') gebildet wird.A method according to claim 21, characterized in that the sheet-like layers ( 2 . 4 ) of a metallic material during extrusion ( 12 . 13 ) of two at an angle arranged portions of the same extruded profile ( 15 ) or from two sections of two adjacent extruded profiles ( 15 . 15 ' ) is formed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (3) zwischen die einander zuzuordnenden Abschnitte des Strangpressprofils (15) oder die beiden Abschnitte der aufeinander zu liegen kommenden Strangpressprofile (15, 15') eingebracht wird, bevor die einander zuzuordnenden Abschnitte des oder der Strangpressprofile (15, 15') aufeinander zu liegen kommen.Method according to one of claims 21 or 22, characterized in that the fiber layer ( 3 ) between the mutually assignable sections of the extruded profile ( 15 ) or the two sections of each other upcoming extruded profiles ( 15 . 15 ' ) is introduced before the mutually assignable sections of the extruded or extruded ( 15 . 15 ' ) come to rest on each other. Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Monomer (16) auf die Faserschicht (3) aufgebracht, vorzugsweise drucklos und bis zur Sättigung der Schicht, aufgesprüht (17) wird, bevor die einander zuzuordnenden Abschnitte des oder der Strangpressprofile (15, 15') aufeinander zu liegen kommenProcess according to claim 23, characterized in that the at least one monomer ( 16 ) on the fiber layer ( 3 ), preferably without pressure and until saturation of the layer, sprayed on ( 17 ) before the juxtaposed sections of the extruded profile (s) ( 15 . 15 ' ) come to rest on each other Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des mindestens einen Monomers (16) und der Faserschicht (3) die Abschnitte des oder der Strangpressprofile (15, 15') vorzugsweise walztechnisch (18) aufeinander gepresst werden.Method according to one of claims 21 to 24, characterized in that after the introduction of the at least one monomer ( 16 ) and the fiber layer ( 3 ) the sections of the extrusion profile (s) ( 15 . 15 ' ) preferably by rolling ( 18 ) are pressed against each other. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeenergie (8) für die zumindest teilweise Aushärtung des mindestens einen Monomers (16) die Wärmeenergie des oder der Strangpressprofile (15, 15') nach dem unmittelbar vorhergehenden Strangpressen (12, 13) genutzt wird.Method according to one of claims 21 to 25, characterized in that as thermal energy ( 8th ) for the at least partial curing of the at least one monomer ( 16 ) the heat energy of the extruded or extruded profiles ( 15 . 15 ' ) after the immediately preceding extrusion ( 12 . 13 ) is being used. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformverfahren ein Walzprofilieren verwendet wird, bei dem das Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) mittels Walzprofilieren umgeformt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a forming process, a roll forming is used, in which the fiber-metal-laminate semi-finished product ( 1 ) is formed by roll forming. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer thermoplastischen Matrix in der Faserschicht (3) eine reaktive, monomere Vorstufe einer Thermoplastmatrix (T-RTM) mit im Ausgangszustand niedriger Viskosität verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that to form a thermoplastic matrix in the fiber layer ( 3 ) a reactive, monomeric precursor of a thermoplastic matrix (T-RTM) is used in the initial state of low viscosity. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisch aushärtendes Monomer Caprolactam verwendet wird, das zu Gusspolyamid 6 (PA6G) polymerisiert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that caprolactam is used as thermoplastic curing monomer, which polymerizes to cast nylon 6 (PA6G). Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Caprolactam-Monomer unter Hinzufügung eines Initiators oder Katalysators und eines Aktivators zu einem anionisch polymerisierten Polyamid 6 polymerisiert.A method according to claim 29, characterized in that the caprolactam monomer polymerized with the addition of an initiator or catalyst and an activator to an anionically polymerized polyamide 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur des Caprolactam-Monomers zwischen 130 und 160°C liegt.A method according to any one of claims 29 or 30, characterized in that the reaction temperature of the caprolactam monomer is between 130 and 160 ° C. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die vollständige Polymerisation des Caprolactam-Monomers innerhalb von 3 Minuten erfolgt.A method according to any one of claims 29 to 31, characterized in that the complete polymerization of the caprolactam monomer takes place within 3 minutes. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisch aushärtendes Monomer Lauryllactam verwendet wird, das zu PA12 polymerisiert.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastically curing monomer used is laurolactam which polymerises to form PA12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisch aushärtendes Monomer Cyclo-Butylen-Therephthalat verwendet wird, das zu Polybutylenterephthalat polymerisiert,Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic curing monomer used is cyclo-butylene terephthalate which polymerizes to polybutylene terephthalate, Faser-Metall-Laminat-Bauteil, aufweisend ein Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) aus mindestens zwei blechartigen Deckschichten (2, 4) aus einem metallischen Material mit einer zwischen den metallischen Deckschichten (2, 4) angeordneten Schicht (3) aus einem Fasermaterial, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich der Schicht (3) des Fasermaterials mindestens ein Monomer (16) vor und/oder während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) einbringbar ist, wobei das mindestens eine Monomer (16) während und/oder nach der Umformung des Faser-Metall-Laminat-Halbzeugs (1) zu dem Faser-Metall-Laminat-Bauteil zumindest teilweise zu einer thermoplastischen Matrix ausgehärtet ist.Fiber-metal laminate component comprising a fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) of at least two sheet-like cover layers ( 2 . 4 ) of a metallic material with one between the metallic cover layers ( 2 . 4 ) layer ( 3 ) made of a fiber material, in particular produced according to the method according to claim 1, characterized in that in the region of the layer ( 3 ) of the fiber material at least one monomer ( 16 ) before and / or during and / or after the forming of the fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ), wherein the at least one monomer ( 16 ) during and / or after the forming of the fiber-metal-laminate semi-finished product ( 1 ) to the fiber-metal laminate component at least partially cured to a thermoplastic matrix. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastisch aushärtende Monomer (16) Caprolactam aufweist, das zu Gusspolyamid 6 (PA6G) polymerisiert.Fiber-metal laminate component according to claim 35, characterized in that the thermoplastic-curing monomer ( 16 ) Has caprolactam which polymerizes to cast nylon 6 (PA6G). Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastisch aushärtende Monomer (16) Lauryllactam aufweist, das zu PA12 polymerisiert.Fiber-metal laminate component according to claim 35, characterized in that the thermoplastic-curing monomer ( 16 ) Has lauryl lactam which polymerizes to PA12. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastisch aushärtende Monomer (16) Cyclo-Butylen-Therephthalat aufweist, das zu Polybutylenterephthalat polymerisiert,Fiber-metal laminate component according to claim 35, characterized in that the thermoplastic-curing monomer ( 16 ) Cyclo-butylene terephthalate which polymerizes to polybutylene terephthalate, Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) des Fasermaterials Gewebe und/oder Gelege und/oder Vliese aus faserartigen Materialien, insbesondere aus Glasfasern oder Kohlenstofffasern aufweisen.Fiber-metal laminate component according to one of claims 35 to 38, characterized in that the layer ( 3 ) of the fiber material have tissue and / or scrims and / or nonwovens of fibrous materials, in particular of glass fibers or carbon fibers. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material für die blechartigen Schichten (2, 4) Aluminiumlegierungen der 5XXX- und 6XXX-Reihe aufweist. Fiber-metal laminate component according to one of claims 35 to 39, characterized in that the metallic material for the sheet-like layers ( 2 . 4 ) Aluminum alloys of the 5XXX and 6XXX series. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material für die blechartigen Schichten (2, 4) Stähle DC06 und/oder DP 600 aufweist.Fiber-metal laminate component according to one of claims 35 to 40, characterized in that the metallic material for the sheet-like layers ( 2 . 4 ) Steels DC06 and / or DP 600. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei blechartige Schichten (2, 4) jeweils unter Zwischenlegung einer Schicht (3) aus einem Fasermaterial zu einem Faser-Metall-Laminat-Halbzeug (1) geschichtet sind.Fiber-metal laminate component according to one of claims 35 to 41, characterized in that more than two sheet-like layers ( 2 . 4 ) each with the interposition of a layer ( 3 ) of a fiber material to a fiber-metal laminate semifinished product ( 1 ) are layered. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicken von metallischen Materialien (2, 4) und faserverstärktem Verbundwerkstoff (3) anwendungsabhängig auswählbar sind.Fiber-metal laminate component according to one of claims 35 to 42, characterized in that the layer thicknesses of metallic materials ( 2 . 4 ) and fiber reinforced composite material ( 3 ) are selected depending on the application. Faser-Metall-Laminat-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 35 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise mehr als eine Schicht (3) eines Fasermaterials übereinander gestapelt zwischen die metallischen Schichten (2, 4) eingebracht ist.Fiber-metal laminate component according to one of claims 35 to 43, characterized in that at least partially more than one layer ( 3 ) of a fiber material stacked one above the other between the metallic layers ( 2 . 4 ) is introduced.
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