DE102014004157A1 - Process for the production of load introduction flanges on fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lasteinleitungs-Flanschen (3, 4) an faserverstärkten Hohlprofilen (2) mit thermoplastischer Matrix, mit zumindest folgenden Schritten: – Erwärmen (6) eines Hohlprofilendabschnitts (5) des faserverstärkten Hohlprofils (2), – Aufdrücken (7) des erwärmten Hohlprofilendabschnitts (5) auf einen Formdom (8) eines Werkzeuges (31), – Ausweitung zumindest eines Hohlprofilrandteils (9) des Hohlprofilendabschnitts (5) zur Ausbildung einer Flansch-Struktur (41) auf dem Formdom (8), – Aufbringen (27) von zusätzlichem Material (11), das mit der thermoplastischen Matrix des Hohlprofils (2) kompatibel ist, auf die vorgeformte Flansch-Struktur (41) ab einem festgelegten Umfang (12) auf dem Hohlprofilendabschnitt (5) in einem geschlossenen Werkzeug (31), – Erzeugung zumindest einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Matrix des faserverstärkten Hohlprofils (2) und dem auf der Flansch-Struktur (41) aufgebrachten Material (11) zur Ausbildung des finalen Lasteinleitungs-Flansches (3, 4) und – Entformung des finalen Lasteinleitungs-Flansches (3, 4) aus dem Werkzeug (31). Dabei besteht ein Lasteinleitungs-Flansch (3, 4) an einem faserverstärkten Hohlprofil (2) mit thermoplastischer Matrix zumindest aus einem Hohlprofilendabschnitt (5), einem erweiterten Hohlprofilrandteil (9) des Hohlprofilendabschnitts (5), einem Anspritzteil/Pressteil (11), das vom Hohlprofilrandteil (9) aus bis zu einem vorgegebenen Umfangs-Bereich (12) des Hohlprofilendabschnitts (5) angelagert ist und zumindest teilweise den bearbeiteten Hohlprofilendabschnitt (5) überlagert, wobei zumindest eine stoffschlüssige Verbindung des Kontaktes des bearbeiteten Hohlprofilendabschnitts (5) und des Anspritzteils/Pressteils (11) ausgebildet ist.The invention relates to a method for producing load introduction flanges (3, 4) on fiber-reinforced hollow profiles (2) with a thermoplastic matrix, comprising at least the following steps: - heating (6) a hollow profile end section (5) of the fiber-reinforced hollow profile (2), - pressing (7) the heated hollow profile end section (5) onto a molding dome (8) of a tool (31), expansion of at least one hollow profile edge part (9) of the hollow profile end section (5) to form a flange structure (41) on the molding dome (8), - applying (27) additional material (11) compatible with the thermoplastic matrix of the hollow section (2) to the preformed flange structure (41) from a fixed circumference (12) on the hollow profile end section (5) in a closed manner Tool (31), - generating at least one cohesive connection between the matrix of the fiber-reinforced hollow profile (2) and the material (11) applied to the flange structure (41) for the formation of the final load introduction flange (3, 4) and - removal of the final load introduction flange (3, 4) from the tool (31). In this case, there is a load introduction flange (3, 4) on a fiber-reinforced hollow profile (2) with a thermoplastic matrix at least a Hohlprofilendabschnitt (5), an expanded hollow profile edge portion (9) of the Hohlprofilendabschnitts (5), a Anspritzteil / pressed part (11) from the hollow profile edge part (9) up to a predetermined peripheral region (12) of the Hohlprofilendabschnitts (5) is attached and at least partially overlaid the processed Hohlprofilendabschnitt (5), wherein at least one cohesive connection of the contact of the processed Hohlprofilendabschnitts (5) and the Anspritzteils / Pressed parts (11) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lasteinleitungs-Flanschen an faserverstärkten Hohlprofilen mit thermoplastischer Matrix und zugehörige Lasteinleitungs-Flansche.The invention relates to a method for the production of load introduction flanges on fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix and associated load introduction flanges.

Die Erfindung findet Anwendung bei der Funktionalisierung von Hohlprofilen mit meist zylindrischem Querschnitt, die aus einem Faser-Verbundwerkstoff mit thermoplastischer Matrix bestehen. Sie sind grundsätzlich für viele technische Anwendungen in Form von Maschinenbauteilen wie etwa Achsen, Wellen und Rohrleitungen geeignet. Die zugrunde liegenden Hohlprofile lassen sich zum Beispiel im Pultrusionsverfahren kontinuierlich und energieeffizient mit einer vorab definierten Faserorientierung fertigen. Sie können als Standard-Halbzeuge vorgehalten und dann passend zu dem jeweiligen Anwendungsfall individuell abgelängt werden. Für den weiteren technischen Einsatz solcher Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofile sind allerdings noch passende Lasteinleitungssysteme erforderlich, die sich bei möglichst beliebiger Länge des Halbzeuges einfach und kostengünstig anbringen lassen.The invention finds application in the functionalization of hollow profiles with mostly cylindrical cross section, which consist of a fiber composite material with a thermoplastic matrix. They are basically suitable for many technical applications in the form of machine components such as axles, shafts and pipelines. The underlying hollow profiles can be produced, for example, in the pultrusion process continuously and energy-efficiently with a predefined fiber orientation. They can be kept as standard semi-finished products and then individually cut to length according to the respective application. For the further technical use of such fiber-thermoplastic composite hollow sections, however, suitable load introduction systems are still required, which can be easily and inexpensively install at any arbitrary length of the semifinished product.

Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt die vorteilhafte und neuartige Ausgestaltung einer integralen Flansch-Struktur aus faserverstärktem Thermoplast, die diese Anforderungen erfüllt.The inventive method describes the advantageous and novel design of an integral flange structure made of fiber-reinforced thermoplastic that meets these requirements.

Die Flansch-Struktur ermöglicht die Aufnahme und Einleitung von axialen Lasten, Biegemomenten und insbesondere Torsionsmomenten in die lastfernübertragende Faserverbundstruktur bei weitgehendem Verzicht auf artfremde Werkstoffe wie etwa Stahl oder Titan, wie in 1 gezeigt ist.The flange structure makes it possible to absorb and introduce axial loads, bending moments and in particular torsional moments into the load-transmitting fiber composite structure while largely dispensing with extraneous materials such as steel or titanium, as in 1 is shown.

Im Stand der Technik sind viele Lasteinleitungssysteme in Faserverbund-Hohlstrukturen bekannt, die flanschförmig ausgebildet sind. Sehr oft sind das metallische Flansche, die über unterschiedliche Prinzipien an weitgehend zylindrische Faserverbund-Hohlprofile angebracht sind.In the prior art, many load introduction systems in fiber composite hollow structures are known, which are formed flange. Very often are the metallic flanges, which are mounted on different principles of largely cylindrical fiber composite hollow sections.

Des Weiteren sind bereits einige integrale Faserverbund-Flansche bekannt, bei denen die Fasern aus dem Rohrbereich umgelenkt und gegebenenfalls über Zuschnitte oder metallische Teile verstärkt werden. Das ist nach dem gegenwärtigen Wissensstand jedoch nur für Faserverbundstrukturen mit duroplastischen Harzsystemen wie etwa Epoxid-, Polyester- oder Vinylesterharze erfolgt. Im Allgemeinen sind komplizierte Vorform-Operationen wie eine Flanschformung bei Verwendung von Duroplasten recht aufwändig und nur begrenzt automatisierbar. Die Verwendung von Standard-Halbzeugen beliebiger Länge, die einen signifikanten Kostenvorteil mit sich bringt, ist stark eingeschränkt. Außerdem verhindert das gemeinhin sehr spröde Werkstoffverhalten von Duroplasten einen belastbaren Übergang von endlosfaserverstärkten zu kurzfaserverstärkten Bauteilbereichen, so dass eine endkonturidentische Urformung nur sehr schwer zu realisieren ist. Das hat weitere Fertigungsschritte und damit Zeit- und Kostenaufwand zur Folge.Furthermore, some integral fiber composite flanges are already known in which the fibers are deflected out of the pipe area and optionally reinforced by blanks or metal parts. However, according to the current state of knowledge, this has only been done for fiber composite structures with thermosetting resin systems such as epoxy, polyester or vinyl ester resins. In general, complicated preforming operations such as flange forming using thermosets are quite complex and limited automation. The use of standard semi-finished products of any length, which brings a significant cost advantage, is severely limited. In addition, the generally very brittle material behavior of thermosets prevents a load-bearing transition from continuous-fiber-reinforced to short-fiber-reinforced component regions, so that a final contour-identical primary shaping is very difficult to realize. This has further manufacturing steps and thus time and cost required.

Nach dieser übergreifenden Einordnung und Bewertung wird im Folgenden konkret auf bekannte Faserverbund-Strukturen eingegangen, gegen die eine Abgrenzung erfolgt.After this general classification and evaluation, specific reference will be made below to known fiber composite structures, against which a distinction is made.

Aus den Druckschriften DE 44 14 384 A1 und DE 199 06 618 A1 ist es bekannt, eine Faserverstärkung auf weitgehend zylindrischen Werkzeugsystemen abzulegen und diese Faserverstärkung dann an den Enden aufzuspreizen und einen Flansch zu formen. Wegen der dabei erfolgenden Ausdünnung des Materials kann es erforderlich sein, z. B. ringförmige Verstärkungslagen mit einzulegen. Die Handhabung der trockenen Fasern und der Aufdickungen ist aufwändig, da sie keinen festen Zusammenhalt aufweisen.From the pamphlets DE 44 14 384 A1 and DE 199 06 618 A1 It is known to deposit a fiber reinforcement on largely cylindrical tool systems and then spread this fiber reinforcement at the ends and form a flange. Because of the resulting thinning of the material, it may be necessary, for. B. insert annular reinforcing layers. The handling of the dry fibers and the thickening is complex because they have no solid cohesion.

In zahlreichen Druckschriften CN 191677 C , DE 000002058015 A , DE 3608754 C2 , DE 4442268 C1 , US 2009/0308477 A1 , EP 0413677 A1 , WO 1998020263 A1 wird ein Flansch bei der Faserablage vorgeformt und dann in nachfolgenden Schritten ausgeformt. Das passiert meist unter Anbringen von zusätzlichen Verstärkungslagen. Entweder erfolgt dieser Vorgang im „nassen” Zustand (also unter Verwendung bereits harzgetränkter Fasern) oder im „trockenen” Zustand, also unter Verwendung trockener Fasern, die in einem nachgeordnetem Infiltrationsprozess mit Harz getränkt werden. Eine für eine Einleitung von Torsionslasten vorteilhafte Faserorientierung stellt sich nicht „von selbst” ein.In numerous pamphlets CN 191677 C . DE 000002058015 A . DE 3608754 C2 . DE 4442268 C1 . US 2009/0308477 A1 . EP 0413677 A1 . WO 1998020263 A1 a flange is preformed in the fiber tray and then formed in subsequent steps. This usually happens with the attachment of additional reinforcement layers. Either this process takes place in the "wet" state (ie using already resin-impregnated fibers) or in the "dry" state, ie using dry fibers, which are impregnated with resin in a subsequent infiltration process. A fiber orientation which is advantageous for the initiation of torsional loads does not come about "by itself".

In den Druckschriften DE 4014400 A1 , EP 0307112 B1 , US 5724715 A werden faserverstärkte Flanschbauteile und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, die einen relativ günstigen Faserwinkelverlauf (im Hinblick auf die Einleitung von Torsionsmomenten) aufweisen. Der Fertigungsablauf ist aber jeweils stark unterschiedlich und erfordert aufwändige manuelle Aktionen (Stülpen) oder eine wenig produktive automatisierte Fertigung (Stülpen im Flechtprozess). Es werden nur die Flanschbauteile selbst gefertigt, die dann wiederum am eigentlichen Wellenkörper angebracht werden müssen. Die hierzu erforderliche Verbindungstechnik bedingt eine ungünstige Einbuße des Leichtbaugrads für das Gesamtbauteil.In the pamphlets DE 4014400 A1 . EP 0307112 B1 . US 5724715 A are described fiber reinforced flange components and methods for their preparation, which have a relatively favorable fiber angle course (in terms of the initiation of torsional). However, the production process is very different and requires elaborate manual actions (everting) or a little productive automated production (slipping in the braiding process). Only the flange components themselves are manufactured, which in turn must then be mounted on the actual shaft body. The required connection technology requires an unfavorable loss of lightweight design for the entire component.

In der Druckschrift DE 19 538 360 C1 ist eine Antriebswelle beschrieben, die über einen im Spritzgieß-Prozess angebrachten Flansch verfügt. Auch hier kann grundsätzlich ein Rohrhalbzeug zur Anwendung kommen. In der Druckschrift DE 19 538 360 C1 kommt ein zur Gänze kurzfaserverstärkter Thermoplast-Flansch zum Einsatz, der über in das Faserverbundrohr vorab spanend eingebrachte Bohrungen einen Hinterschnitt ausbildet. Die Fasern des Hohlrohres werden also nicht aus der regulären zylindrischen Form ausgeformt.In the publication DE 19 538 360 C1 a drive shaft is described, which has a mounted in the injection molding flange. Again, in principle, a semi-finished tube for Application come. In the publication DE 19 538 360 C1 a completely short-fiber-reinforced thermoplastic flange is used, which forms an undercut via holes drilled in the fiber composite pipe in advance. The fibers of the hollow tube are thus not formed from the regular cylindrical shape.

Von der Firma CENTA Kirschey ist ein Prototyp einer Faserverbund-Antriebswelle bekannt, bei dem eine vorrangig aus kurzfaserverstärkter Thermoplast-Spritzgussmasse bestehende Ausgleichsscheibe zum Einsatz kommt. Diese ist aber auf eine verzahnte metallische Hülse aufgespritzt, die wiederum in den Faserverbund-Wellenkörper eingeklebt wird. Hier sind aufwändige Klebvorbehandlungsschritte nötig, die übertragbare Axialkraft ist recht gering und die Belastbarkeit wegen der Abwesenheit von verbindenden Verstärkungsfasern zwischen Wellenkörper und Ausgleichsscheibe insgesamt eher niedrig.From the company CENTA Kirschey a prototype of a fiber composite drive shaft is known, in which a predominantly made of short fiber reinforced thermoplastic injection molding compound shim is used. But this is sprayed onto a toothed metallic sleeve, which in turn is glued into the fiber composite shaft body. Elaborate adhesive pretreatment steps are necessary here, the transmittable axial force is quite low and the load capacity overall is rather low due to the absence of connecting reinforcing fibers between the shaft body and the shim.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Lasteinleitungs-Flanschen an faserverstärkten Hohlprofilen mit thermoplastischer Matrix anzugeben, das derart geeignet ausgebildet ist, dass Lasten (axiale Kräfte, Drehmomente und/oder gegebenenfalls Biegemomente) werkstoff- und kraftflussgerecht in gerichtet faserverstärkte Hohlprofil-Halbzeuge übertragen werden, wobei die Ausbildung der Lasteinleitungen bei beliebiger Länge des Halbzeuges an den Enden der Halbzeug-Zuschnitte erfolgen können muss. Dabei soll eine weitgehend automatisierbare fertigungstechnologische Umsetzung ermöglicht sein.The invention is therefore an object of the invention to provide a method for the production of load introduction flanges on fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix, which is designed so suitable that loads (axial forces, torques and / or bending moments, if necessary) material and flow oriented in direction fiber reinforced Hollow profile semi-finished products are transmitted, the formation of load discharges at any length of the semifinished product must be able to be done at the ends of the semi-finished blanks. It should be possible to a largely automated production technology implementation.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of patent claim 1.

Das Verfahren zur Herstellung von Lasteinleitungs-Flanschen an faserverstärkten Hohlprofilen mit thermoplastischer Matrix für Funktions-Hohlstrukturen mittels eines Werkzeugs
weist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 zumindest folgende Schritte auf:

  • – Erwärmen eines Hohlprofilendabschnitts des faserverstärkten Hohlprofils,
  • – Aufdrücken des erwärmten Hohlprofilendabschnitts auf einen Formdom eines Werkzeuges,
  • – Aufweitung zumindest eines Hohlprofilrandteils des Hohlprofilendabschnitts zur Ausbildung einer Flansch-Struktur auf dem Formdom,
  • – Aufbringen von zusätzlichem Material, das mit der thermoplastischen Matrix des Hohlprofils kompatibel ist, auf die vorgeformte Flansch-Struktur ab einem festgelegten Umfang auf dem Hohlprofilendabschnitt in einem geschlossenen Werkzeug,
  • – Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Matrix des faserverstärkten Hohlprofils und dem auf der Flansch-Struktur aufgebrachten Material zur Ausbildung des finalen Lasteinleitungs-Flansches und
  • – Entformung des finalen Lasteinleitungs-Flansches aus dem Werkzeug.
The process for the production of load introduction flanges on fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix for functional hollow structures by means of a tool
according to the characterizing part of patent claim 1 has at least the following steps:
  • Heating a hollow profiled end section of the fiber-reinforced hollow profile,
  • Pressing the heated hollow profile end section onto a molding dome of a tool,
  • Widening at least one hollow profile edge part of the hollow profile end section to form a flange structure on the molded dome,
  • Applying additional material compatible with the thermoplastic matrix of the hollow profile to the preformed flange structure from a fixed circumference on the hollow profile end portion in a closed tool,
  • - Forming a material connection between the matrix of the fiber-reinforced hollow profile and the material applied to the flange structure material to form the final load introduction flange and
  • - Removal of the final load introduction flange from the tool.

Durch die Verpressung insbesondere textilverstärkter Strukturbereiche kann zudem noch ein formschlüssiger Verbindungsanteil entstehen.By pressing in particular textile-reinforced structural areas can also arise a form-fitting connection portion.

Die Erwärmung des Hohlprofilendabschnitts kann z. B. mit einer Außenheizung vor dem Aufdrücken des Hohlprofilendabschnitts oder mit einer im Konus befindlichen Innenheizung während des Aufdrückens durchgeführt werden.The heating of the hollow profile end section can, for. B. with an external heating before pressing the Hohlprofilendabschnitts or with an inner heating located in the cone during the pressing.

Bei der Aufweitung des Hohlprofilrandteils entsteht eine Reduktion der Wandstärke bzw. Verdünnung/Verjüngung der ursprünglichen Hohlprofilstärke D zumindest im Bereich des Hohlprofilrandteils.In the expansion of the hollow profile edge portion results in a reduction of the wall thickness or dilution / taper of the original hollow profile thickness D at least in the region of the hollow profile edge portion.

Es kann ein Vergleich zwischen dem Ausgangs-Durchmesser DR des Hohlprofils und dem nach der Durchmessererweiterung bestimmten Durchmesser DE des Hohlprofilrandteils zur Bestimmung der Verjüngung und der Menge der aufzubringenden Spritzgussmasse oder Pressmasse des zusätzlichen Materials durchgeführt werden.A comparison can be made between the initial diameter D R of the hollow profile and the diameter D E of the hollow profiled edge part determined according to the diameter widening for determining the taper and the amount of injection molding compound or molding compound of the additional material.

Das Aufbringen des zusätzlichen Materials auf die Flansch-Struktur kann durch das Anspritzen/Anpressen einer faserverstärkten Spritzgussmasse oder einer Pressmasse durchgeführt werden.The application of the additional material to the flange structure can be carried out by the injection / pressing of a fiber-reinforced injection molding compound or a molding compound.

Des Weiteren kann das Aufbringen von zusätzlichem Material durch Einlegen von faserverstärkten Thermoplast durchgeführt werden.Furthermore, the application of additional material can be carried out by inserting fiber-reinforced thermoplastic.

Als zusätzliches Material kann mindestens ein faserverstärkter Thermoplast-Ring oder eine den Hohlprofilrandteil verstärkende Pressmasse umlaufend im inneren Bereich des Hohlprofilrandteils eingesetzt werden.As an additional material, at least one fiber-reinforced thermoplastic ring or a molding compound reinforcing the hollow profile edge part can be used circumferentially in the inner region of the hollow profile edge part.

Die Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung aller Kontaktpartner kann auch durch Verpressen erreicht werden. Zudem können durch Mikro-Verzahnungen auf Faserebene auch formschlüssige Anteile in der Kraftübertragung erreicht werden. Dies ist insbesondere bei textilen Verstärkungen gegeben.The generation of a cohesive connection of all contact partners can also be achieved by pressing. In addition, micro-teeth on the fiber level can also be used to achieve form-fitting parts in the transmission of force. This is especially true for textile reinforcements.

Die Erzeugung einer finalen stoffschlüssigen Verbindung der jeweiligen Kontaktpartner aus der formschlüssigen Verbindung kann durch eine Erwärmung aller zutreffenden Kontaktpartner erreicht werden.The generation of a final cohesive connection of the respective contact partners from the positive connection can be achieved by heating all the appropriate contact partners.

Der Formdom/Konus kann andererseits auch eine Innenheizung mit einer vorgegebenen Heiztemperatur T aufweisen, mit der der Hohlprofilendabschnitt in Richtung vom Hohlprofilrandteil aus während des Aufdrückens erwärmt werden kann und dabei das Hohlprofilrandteil erweitert.On the other hand, the molded dome / cone can also have an internal heating with a predetermined heating temperature T, with which the Hohlprofilendabschnitt can be heated in the direction of the hollow profile edge part during the pressing and thereby expands the hollow profile edge portion.

Durch die Wahl der Heizungstemperatur T der eingesetzten Heizungen kann der Scherwinkel der Fasern während der Herstellung des Lasteinleitungs-Flansches innerhalb der Ausbildung der Flansch-Struktur eingestellt werden.By choosing the heating temperature T of the heaters used, the shear angle of the fibers during manufacture of the load introduction flange can be adjusted within the design of the flange structure.

Die Flansch-Struktur kann z. B. mit Hilfe eines über der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials geheizten Konus mit der Heiztemperatur T unterhalb der Zersetzungstemperatur TZ mit folgender Beziehung: Erstarrungstemperatur TE < Heiztemperatur T < Zersetzungstemperatur TZ, ausgeformt werden, wobei die Fasern zum Außenrand der Flansch-Struktur geschert werden und zunehmend steilere Winkel 65° bis 85° gegenüber den Winkeln von 40° bis 65° im übrigen Hohlprofilendabschnitt bezogen auf die Hohlprofillängsachse annehmen, wobei im Übergangsbereich des Hohlprofilendabschnitts der Bereich des Scherwinkels 40° bis 85° beträgt.The flange structure may, for. B. with the aid of a heated above the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material cone with the heating temperature T below the decomposition temperature T Z with the following relationship: solidification temperature T E <heating temperature T <decomposition temperature T Z , be formed, the fibers to the outer edge of the flange Structure are sheared and assume increasingly steeper angles 65 ° to 85 ° relative to the angles of 40 ° to 65 ° in the remaining Hohlprofilendabschnitt based on the hollow profile longitudinal axis, wherein in the transition region of the hollow profile end portion of the shear angle is 40 ° to 85 °.

Der Konus kann auch weniger stark beheizt werden, wobei sich im faserverstärkten Hohlprofil die Fasern winkelbezogen weniger stark scheren, wobei die Faserorientierung näher am Ausgangszustand verbleibt, wobei die Flansch-Struktur mit Hilfe eines unterhalb der Erstamangstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials geheizten Konus liegenden Heiztemperatur T mit folgender Beziehung: Heiztemperatur T < Erstarrungstemperatur TE, ausgeformt wird, wobei die Fasern zum Außenrand der Flansch-Struktur gerichtet weniger stark geschert werden und die Winkel 40° bis 60° gegenüber den Winkeln von 40° bis 50° im übrigen Hohlprofilendabschnitt bezogen auf die Hohlprofillängsachse annehmen, wobei im Übergangsbereich der Bereich des Scherwinkels 40° bis 60° beträgt.The cone can also be heated less strongly, wherein the fibers in the fiber-reinforced hollow profile angle shear less, leaving the fiber orientation closer to the initial state, the flange structure with the help of a heated below the Erstamangstemperatur T E of the thermoplastic matrix material cone heating temperature T with the following relationship: heating temperature T <solidification temperature T E , wherein the fibers are sheared to the outer edge of the flange structure less sheared and the angles 40 ° to 60 ° relative to the angles of 40 ° to 50 ° in the remaining Hohlprofilendabschnitt based on assume the hollow profile longitudinal axis, wherein in the transition region, the range of the shear angle is 40 ° to 60 °.

Dazu kann ein mit einer Innenheizung versehener, temperierter Konus eingesetzt werden.For this purpose, provided with an internal heating, tempered cone can be used.

Es kann auch ein elastisch erweiterbarer Konus eingesetzt werden, mit dem wahlweise die Strukturen/Scherwinkel der Fasern in jeweiligen Bereichen des Hohlprofilendabschnitts dem faserverstärkten Hohlprofil in den Bereichen der Flansch-Struktur vorgegeben variabel eingestellt werden können.It is also possible to use an elastically expandable cone by means of which the structures / shear angles of the fibers in the respective regions of the hollow profiled end section can optionally be set in a variable manner to the fiber-reinforced hollow profile in the regions of the flange structure.

Der erfindungsgemäße Lasteinleitungs-Flansch an einem Faser-Kunststoff-Verbund mit thermoplastischer Matrix für Funktions-Hohlstrukturen, hergestellt mit dem vorgenannten Verfahren, besteht zumindest aus

  • – einem Hohlprofilendabschnitt,
  • – einem erweiterten Hohlprofilrandteil des Hohlprofilendabschnitts,
  • – einem Anspritzteil/Pressteil, das vom Hohlprofilrandteil aus bis zu einem vorgegebenen Umfangs-Bereich des Hohlprofilendabschnitts angelagert ist und zumindest teilweise den bearbeiteten Hohlprofilendabschnitt überlagert, wobei
  • – eine zumindest stoffschlüssige Verbindung des Kontaktes des bearbeiteten Hohlprofilendabschnitts und des Anspritzteils/Pressteils ausgebildet ist.
The load introduction flange according to the invention on a fiber-plastic composite with thermoplastic matrix for functional hollow structures, produced by the aforementioned method, consists at least of
  • A hollow profile end section,
  • An expanded hollow profile edge part of the hollow profile end section,
  • - An Anspritzteil / pressing part, which is attached from the hollow profile edge part up to a predetermined peripheral region of the hollow profile end portion and at least partially superimposed on the processed hollow profile end portion, wherein
  • - An at least cohesive connection of the contact of the machined hollow profile end portion and the Anspritzteils / pressing part is formed.

Durch die Verpressung insbesondere textilverstärkter Strukturbereiche kann zudem noch ein formschlüssiger Verbindungsanteil entstehen.By pressing in particular textile-reinforced structural areas can also arise a form-fitting connection portion.

Das faserverstärkte Hohlprofil mit thermoplastischer Matrix kann rohrförmig ausgebildet sein.The fiber-reinforced hollow profile with thermoplastic matrix may be tubular.

Das angebrachte Anspritzteil/Pressteil kann zur Angleichung und Verstärkung der verjüngten Hohlprofilwanddicke DJW an die Hohlprofilwanddicke DRW des restlichen Hohlprofilendabschnitts vorgesehen sein.The attached Anspritzteil / pressing part can be provided for the alignment and reinforcement of the tapered hollow profile wall thickness D JW to the hollow profile wall thickness D RW of the remaining hollow section end portion.

Das Anspritzteil/Pressteil kann vorzugsweise mit funktionalen Elementen insbesondere mit Verschraubungs-Bohrlöchern versehen sein.The injection-molded part / pressing part can preferably be provided with functional elements, in particular with screw-down boreholes.

Dabei kann durch die Temperierung von Aufweit-Dorn/Formdom/Konus die Faserorientierung beeinflusst und etwa günstig für die Einleitung von Torsionslasten ausgeführt werden. So wird – im Gegensatz zu den bekannten Flanschen mit duroplastischer Matrix – eine werkstoff- und beanspruchungsgerechte Lasteinleitungsstruktur bei neuartigem und signifikant verbessertem Automatisierungsgrad mit sehr kurzen Taktzeiten erzeugt. Neben dem Aufweiten des Flansches mit einem temperierten Konus kann aber auch mit einem elastisch erweiterbaren Konus gearbeitet werden. Dann werden die Fasern vorrangig aufgefächert und weniger geschert.In this case, the fiber orientation can be influenced by the temperature control of expanding-mandrel / mandrel / cone and be carried out about low for the initiation of torsional loads. Thus, in contrast to the known flanges with thermoset matrix, a load and load-oriented load introduction structure with a novel and significantly improved degree of automation is produced with very short cycle times. In addition to the expansion of the flange with a tempered cone but can also be used with an elastically expandable cone. Then the fibers are primarily fanned out and sheared less.

Eventuell auftretender Materialmangel am Auslauf des Konus kann mit einer faserverstärkten Spritzgussmasse oder Pressmasse ausgeglichen werden, so dass ein endkonturgenaues Bauteil entsteht. Dabei können auch Funktionsflächen wie etwa Lagersitze mit umgeformt werden. Weitere sonstige Fertigungsschritte wie das spanende Ausfertigen eines Flansch-Randes können entfallen.Possibly occurring material shortage at the outlet of the cone can be compensated with a fiber-reinforced injection molding compound or molding compound, so that a final contour accurate component is formed. In this case, functional surfaces such as bearing seats can be transformed with. Other manufacturing steps such as machining a flange edge can be omitted.

Wesentlich ist die Umformung der Enden von gerichtet faserverstärkten Hohlprofilen mit dem Ziel der Ausbildung eines Flansches oder von Flanschstutzen, in den/denen Axial- und Biegelasten, aber insbesondere Torsionsmomente eingeleitet werden können. Hierbei erlaubt das Umformvermögen der verwendeten Hohlprofil-/Rohr-Halbzeuge meistens nur eine begrenzte Durchmessererweiterung. Die Faserorientierung kann dabei ohne weiteren Aufwand vorteilhaft ausgeführt werden, allerdings nimmt die Wandstärke mit steigendem Durchmesser ab.It is essential to reshape the ends of directed fiber-reinforced hollow profiles with the aim of forming a flange or flange, in which / which axial and bending loads, but in particular Torsionsmomente can be initiated. Here, the forming capacity of the hollow profile / tube semi-finished used used mostly only a limited diameter extension. The fiber orientation can be carried out advantageously without further effort, however, the wall thickness decreases with increasing diameter.

Um einen hochbelastbaren Flansch zu erzeugen, muss somit ab einem gewissen Durchmesser zusätzliches Material, das mit der thermoplastischen Matrix des Hohlprofils/-rohres kompatibel ist, aufgebracht werden. Das geschieht über das Einlegen von faserverstärkten Thermoplast-Ringen und/oder das Anspritzen/Anpressen einer faserverstärkten Formmasse. Durch die Erwärmung aller Kontaktpartner auf eine ausreichende Temperaturhöhe kann eine stoffschlüssige Verbindung erreicht werden.In order to produce a heavy-duty flange, additional material compatible with the thermoplastic matrix of the hollow profile / tube must therefore be applied beyond a certain diameter. This is done by inserting fiber-reinforced thermoplastic rings and / or spraying / pressing a fiber-reinforced molding compound. By heating all contact partners to a sufficient temperature level, a cohesive connection can be achieved.

Die Herstellung gliedert sich in Kurzfassung dabei in die Prozessschritte

  • – Hohlprofilendbereich erwärmen,
  • – auf temperierten Formdom aufpressen,
  • – vorgeformte Flansch-Struktur auf einen Dom mit faserverstärkten Thermoplast-Ringen oder Pressmasse aufdrücken,
  • – verpressen,
  • – entformen.
The production is briefly divided into the process steps
  • - heat the hollow section end area,
  • - press on tempered form dome,
  • - press pre-formed flange structure onto a dome with fiber-reinforced thermoplastic rings or molding compound,
  • - press,
  • - demould.

Weitere vorteilhafte Prozessabfolgen sind möglich, etwa unter Verwendung von Spritzgussmasse.Further advantageous process sequences are possible, for example using injection molding compound.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und des Flansches sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.Further embodiments of the method and the flange are specified in further subclaims.

Die Erfindung wird mittels mehrerer Ausführungsbeispiele anhand mehrerer Zeichnungen beschrieben.The invention will be described by means of several embodiments with reference to several drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines als Antriebswelle ausgebildeten faserverstärkten Hohlprofils in Form eines Faser-Thermoplast-Verbund(FTV)-Hohlprofils mit beidendseitigen Lasteinleitungs-Flanschen, 1 a schematic representation of a formed as a drive shaft fiber reinforced hollow profile in the form of a fiber-thermoplastic composite (FTV) hollow profile with both end load application flanges,

1a eine Querschnitt-Darstellung A-A eines der Lasteinleitungs-Flansche nach 1, 1a a cross-sectional view AA of one of the load introduction flanges after 1 .

2 eine schematische Darstellung des Fertigungsprozesses eines Flansches mit den Schritten: Erwärmen, Aufweiten und Werkzeug schließen, Anspritzen und Entformen, wobei 2 a schematic representation of the manufacturing process of a flange with the steps: heating, widening and closing tool, injection molding and demolding, wherein

2a den Schritt des Erwärmens des Hohlprofilendabschnitts des faserverstärkten Hohlprofils vor dem Aufdrücken auf einen Formdom/Konus als Werkzeuginnenteil, 2a the step of heating the hollow profile end section of the fiber-reinforced hollow profile prior to pressing on a mold dome / cone as a tool inner part,

2b den Schritt des Aufdrückens des erwärmten Hohlprofilendabschnitts und Aufweiten des Hohlprofilrandteils sowie Heranführen des Werkzeugaußenteils an den endaufgeweiteten und domgestützten erwärmten Hohlprofilendabschnitt, 2 B the step of pressing the heated Hohlprofilendabschnitts and expanding the hollow profile edge portion and bringing the outer tool part to the endaufgeweiteten and domgestützten heated hollow profile end portion,

2c den Schritt des Schließens des Werkzeuges durch Anlegen des Werkzeugaußenteils zumindest auf den erwärmten Hohlprofilendabschnitt und den Schritt des Anspritzens von Spritzgussmasse an den Hohlprofilendabschnitt, 2c the step of closing the tool by applying the tool outer part at least to the heated hollow profile end portion and the step of molding injection molding compound to the hollow profile end portion,

2d den Schritt des Entformens des erkalteten Lasteinleitungs-Flansches nach Öffnen des Werkzeuges sowie eine schematische seitliche Darstellung auf den Lasteinleitungs-Flansch mit Verschraubungs-Bohrlöchern gemäß 1a zeigen, 2d the step of demolding the cooled load introduction flange after opening the tool and a schematic side view of the load introduction flange with screwing holes according to 1a demonstrate,

3 beispielhafte Ausgestaltungen des Flansches, wobei 3 exemplary embodiments of the flange, wherein

3a einen Flansch mit angespritztem Anteil von Pressmasse, 3a a flange with injected portion of molding compound,

3b einen Flansch mit angepressten FTV-Ringen, 3b a flange with pressed-on FTV rings,

3c einen Flansch mit angepressten FTV-Ringen einschließlich einer kurzfaserverstärkten Pressmasse oder Spritzgussmasse zeigen, 3c show a flange with pressed-on FTV rings including a short fiber reinforced molding compound or injection molding compound,

4 schematische Darstellungen von Schritten zur Herstellung einer Flansch-Struktur mit einem oberhalb der Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials temperierten Konus und daraus resultierende Faserorientierungen an der Flansch-Struktur, wobei beim Erwärmen die Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials kleiner ist als die eingestellte Heiztemperatur T und kleiner als die Zersetzungstemperatur TZ des Matrixmaterials ist und wobei 4 schematic representations of steps for producing a flange structure with a tempered above the solidification temperature T E of the matrix material cone and resulting fiber orientations on the flange structure, wherein when heated, the solidification temperature T E of the matrix material is smaller than the set heating temperature T and less than the decomposition temperature T Z of the matrix material is and where

4a einen Konus mit einer Heizung zur Erwärmung des Hohlprofilendabschnitts während des Aufdrückens, 4a a cone with a heater for heating the hollow profile end portion during the pressing,

4b den über den Konus durch Aufdrücken aufgebrachten Hohlprofilendabschnitt mit erweitertem Hohlprofilrandteil und 4b the over the cone by pressing applied hollow profile end with expanded hollow profile edge portion and

4c die Flansch-Struktur mit der eingetretenen Faserscherung in der Endphase des Aufdrückens, wobei ein maximaler Scherwinkel von 85° der Fasern im Hohlprofilrandteil zur Hohlprofillängsachse ausgebildet ist, zeigen, 4c the flange structure with the occurred fiber shearing in the final phase of the pressing, wherein a maximum shear angle of 85 ° of the fibers is formed in the hollow profile edge portion to the hollow profile longitudinal axis, show

5 schematische Darstellungen von Schritten zur Herstellung einer Flansch-Struktur mit einem unterhalb der Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials temperierten Konus und daraus resultierende Faserorientierungen an der Flansch-Struktur, wobei die eingestellte Heiztemperatur T kleiner als die Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials ist und wobei 5 schematic representations of steps for the production of a flange structure with a tempered below the solidification temperature T E of the matrix material cone and therefrom resulting fiber orientations on the flange structure, wherein the set heating temperature T is smaller than the solidification temperature T E of the matrix material and wherein

5a einen erwärmten Konus mit einer Innenheizung zur Erwärmung des Hohlprofilendabschnitts während des Aufdrückens versehen ist, 5a a heated cone is provided with an internal heating for heating the hollow profile end portion during the pressing,

5b den über den erwärmten temperierten Konus während des Aufdrückens aufgebrachten Hohlprofilendabschnitt mit erweitertem Hohlprofilrandteil und 5b the over the heated tempered cone during the Aufdrückens applied hollow profile end section with extended hollow profile edge part and

5c das Flansch-Halbzeug mit der eingetretenen Faserscherung in der Endphase des Aufdrückens, wobei ein maximaler Scherwinkel von 60° der Fasern des Hohlprofilrandteils zur Hohlprofillängsachse ausgebildet ist, zeigen. 5c the flange-semi-finished with the occurred fiber shearing in the final phase of the pressing, wherein a maximum shear angle of 60 ° of the fibers of the hollow profile edge portion is formed to the hollow profile longitudinal axis show.

In 1 ist in einer schematischen Darstellung eines als Antriebswelle 1 ausgebildeten Faser-Thermoplast-Verbund(FTV)-Hohlprofils 2 mit beidendseitigen Lasteinleitungs-Flanschen 3, 4 gezeigt, wobei 1a eine Querschnitt-Darstellung A-A eines der Lasteinleitungs-Flansche 4 in einer ersten Form in Bezug auf die Antriebswelle 1 und in einer zweiten Form in Bezug auf die Herstellung des Flansches 4 nach 2 angegeben ist.In 1 is a schematic representation of a drive shaft 1 formed fiber-thermoplastic composite (FTV) hollow sections 2 with double-sided load introduction flanges 3 . 4 shown, where 1a a cross-sectional view AA of one of the load introduction flanges 4 in a first form with respect to the drive shaft 1 and in a second form with respect to the manufacture of the flange 4 to 2 is specified.

2 zeigt eine mögliche technologische Umsetzung der beschriebenen Erfindung, bei der das Aufweiten und das Flansch-Anformen in einer Prozessabfolge erfolgen, wobei in 2 eine schematische Darstellung des Fertigungsprozesses eines Flansches 4 mit den Schritten: Erwärmen, Aufweiten und Werkzeug schließen, Anspritzen und Entformen, wobei 2 shows a possible technological implementation of the described invention, in which the expansion and the flange molding in a process sequence take place, wherein in 2 a schematic representation of the manufacturing process of a flange 4 with the steps: heating, widening and closing tools, injection molding and demoulding, whereby

2a den Schritt des Erwärmens 6 des Hohlprofilendabschnitts 5 des faserverstärkten Hohlprofils 2 vor dem Aufdrücken 7 auf einen Formdom/Konus 8 als Werkzeuginnenteil, 2a the step of heating 6 of the hollow profile end section 5 of the fiber-reinforced hollow profile 2 before pressing 7 on a mold dome / cone 8th as a tool inner part,

2b den Schritt des Aufdrückens 7 des erwärmten Hohlprofilendabschnitts 5 und Aufweiten 26 des Hohlprofilrandteils 9 sowie Heranführen eines Werkzeugaußenteils 29 an den endaufgeweiteten und domgestützten erwärmten Hohlprofilendabschnitt 5, 2 B the step of imposing 7 the heated hollow profile end section 5 and expanding 26 of the hollow profile edge part 9 and bringing a tool outer part 29 at the endaufgeweiteten and domgestützten heated Hohlprofilendabschnitt 5 .

2c den Schritt des Schließens 30 des Werkzeuges 10 durch Anlegen des Werkzeugaußenteils 29 zumindest auf den erwärmten Hohlprofilendabschnitt 5 und den Schritt des Anspritzens 20 von Spritzgussmasse an den Hohlprofilendabschnitt 5 und 2c the step of closing 30 of the tool 10 by applying the tool outer part 29 at least on the heated hollow profile end section 5 and the step of molding 20 of injection molding compound to the hollow profile end section 5 and

2d den Schritt des Entformens des erkalteten Lasteinleitungs-Flansches 4 nach Öffnen des Werkzeuges 10 sowie eine schematische seitliche Darstellung auf den Lasteinleitungs-Flansch 4 mit Verschraubungs-Bohrlöchern 14 gemäß 1a zeigen. 2d the step of demolding the cooled load introduction flange 4 after opening the tool 10 and a schematic side view of the load introduction flange 4 with bolting holes 14 according to 1a demonstrate.

In 3 sind beispielhafte Ausgestaltungen des Flansches 41 dargestellt, wobeiIn 3 are exemplary embodiments of the flange 41 shown, where

3a einen Flansch 4 mit angespritztem Anteil 11 von Pressmasse, 3a a flange 4 with molded part 11 of molding compound,

3b einen Flansch 4 mit angepressten FTV-Ringen 22, 23, 24 und 3b a flange 4 with pressed FTV-rings 22 . 23 . 24 and

3c einen Flansch 4 mit angepressten FTV-Ringen 22, 23, 24 einschließlich einer kurzfaserverstärkten Pressmasse 25 oder Spritzgussmasse zeigen. 3c a flange 4 with pressed FTV-rings 22 . 23 . 24 including a short fiber reinforced molding compound 25 or injection molding compound.

In 4 sind schematische Darstellungen von Schritten zur Herstellung der Flansch-Struktur 41 mit einem oberhalb der Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials temperierten Konus 8 und daraus resultierende Faserorientierungen an der Flansch-Struktur 41 gezeigt, wobei beim Erwärmen die Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials kleiner als die eingestellte Heiztemperatur T und diese wiederum kleiner als die Zersetzungstemperatur T des Matrixmaterials ist und wobeiIn 4 FIG. 3 are schematic illustrations of steps for making the flange structure. FIG 41 with a cone tempered above the solidification temperature T E of the matrix material 8th and resulting fiber orientations on the flange structure 41 shown, wherein upon heating, the solidification temperature T E of the matrix material is smaller than the set heating temperature T and this in turn is less than the decomposition temperature T of the matrix material and wherein

4a einen Konus 8 mit einer Heizung zur Erwärmung 6 des Hohlprofilendabschnitts 5 während des Aufdrückens 7, 4a a cone 8th with a heater for heating 6 of the hollow profile end section 5 during the pressing 7 .

4b den über den Konus 8 durch Aufdrücken 7 aufgebrachten Hohlprofilendabschnitt 5 mit erweitertem Hohlprofilrandteil 9 und 4b the over the cone 8th by pressing 7 applied hollow profile end section 5 with extended hollow profile edge part 9 and

4c die Flansch-Struktur 41 mit der eingetretenen Faserscherung in der Endphase des Aufdrückens 7, wobei ein maximaler Scherwinkel von 85° der Fasern 16 im Hohlprofilrandteil 9 zur Hohlprofillängsachse 15 ausgebildet ist, zeigen, 4c the flange structure 41 with the occurred fiber shearing in the final phase of pressing 7 , wherein a maximum shear angle of 85 ° of the fibers 16 in the hollow profile edge part 9 to the hollow profile longitudinal axis 15 educated, show,

In 5 sind in anderen schematischen Darstellungen Schritte zur Herstellung der Flansch-Struktur 41 mit einem unterhalb der Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials temperierten Konus 8 und daraus resultierende Faserorientierungen an der Flansch-Struktur 41 gezeigt, wobei die eingestellte Heiztemperatur T kleiner als die Erstarrungstemperatur TE des Matrixmaterials ist, und wobeiIn 5 In other schematic representations, steps are to fabricate the flange structure 41 with a temperature-controlled below the solidification temperature T E of the matrix material cone 8th and resulting fiber orientations on the flange structure 41 shown, wherein the set heating temperature T is smaller than the solidification temperature T E of the matrix material, and wherein

5a einen erwärmten Konus 8 mit einer Innenheizung 13 zur Erwärmung des Hohlprofilendabschnitts 5 während des Aufdrückens 7 versehen ist, 5a a heated cone 8th with an internal heating 13 for heating the Hohlprofilendabschnitts 5 during the pressing 7 is provided

5b den über den erwärmten temperierten Konus 8 während des Aufdrückens 7 aufgebrachten Hohlprofilendabschnitt 5 mit erweitertem Hohlprofilrandteil 9 und 5b the over the heated tempered cone 8th during the pressing 7 applied Hohlprofilendabschnitt 5 with extended hollow profile edge part 9 and

5c die Flansch-Struktur 41 mit der eingetretenen Faserscherung in der Endphase des Aufdrückens 7, wobei ein maximaler Scherwinkel von 60° der Fasern 16 des Hohlprofilrandteils 9 zur Hohlprofillängsachse 15 ausgebildet ist, zeigen. 5c the flange structure 41 with the occurred fiber shearing in the final phase of pressing 7 , wherein a maximum shear angle of 60 ° of the fibers 16 of the hollow profile edge part 9 to the hollow profile longitudinal axis 15 is trained, show.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Flansch-Struktur beinhalten das Beilegen und Anpressen von Faser-Thermoplast-Verbund-(FTV-)Ringen, die eine gerichtete Lang- oder Endlosfaser-Verstärkung bieten, wie in 3 gezeigt ist.Advantageous configurations of the flange structure include encapsulation and compression of fiber-thermoplastic composite (FTV) rings that provide directional long or continuous fiber reinforcement, as in U.S. Pat 3 is shown.

Beim Aufweiten des FTV-Hohlprofiles 2 kann über die Temperaturführung 6 des Konus 8 das Verhalten des Fasermaterials beeinflusst bzw. gesteuert werden. 4c zeigt den schematischen Faserverlauf an einer Flansch-Struktur 41, die mit Hilfe eines über der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials geheizten Konus 8 mit der Heiztemperatur T unterhalb der Zersetzungstemperatur TZ mit folgender Beziehung: Erstarrungstemperatur TE < Heiztemperatur T < Zersetzungstemperatur TZ, ausgeformt wird. Die Fasern 16 zum Außenrand 17 des Konus 8 werden dabei stark geschert und nehmen zunehmend steilere Winkel 65° bis gegenüber den Winkeln von 40° bis 65° im übrigen Hohlprofilendabschnitt 5 bezogen auf die Hohlprofillangsachse 15 an. Im Übergangsbereich 18 beträgt der Bereich des Scherwinkels 40° bis 85°.When expanding the FTV hollow profile 2 can about the temperature control 6 of the cone 8th the behavior of the fiber material are influenced or controlled. 4c shows the schematic fiber flow on a flange structure 41 which is heated by means of a cone heated above the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material 8th with the heating temperature T below the decomposition temperature T Z with the following relationship: solidification temperature T E <heating temperature T <decomposition temperature T Z , is formed. The fibers 16 to the outer edge 17 of the cone 8th are severely sheared and take increasingly steeper angles 65 ° to the angles of 40 ° to 65 ° in the remaining Hohlprofilendabschnitt 5 relative to the hollow profile axis 15 at. In the transition area 18 the range of the shear angle is 40 ° to 85 °.

In 5 wird der Konus 8 weniger stark beheizt, wodurch sich in Folge im FTV-Hohlprofil 2 die Fasern 16 weniger stark scheren. Die Faserorientierung verbleibt näher am Ausgangszustand. Das zeigt 5c, in der der schematische Faserverlauf an einer Flansch-Struktur 41, die mit Hilfe eines unter der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials geheizten Konus 8 mit der Heiztemperatur T mit folgender Beziehung: Heiztemperatur T < Erstarrungstemperatur TE, ausgeformt wird. Die Fasern 16 zum Außenrand 17 des Konus 8 werden dabei weniger stark geschert und nehmen die Winkel 40° bis 60° gegenüber den Winkeln von 40° bis 50° im übrigen Hohlprofilendabschnitt 5 bezogen auf die Hohlprofillängsachse 15 an. Im Übergangsbereich 18 beträgt der Bereich des Scherwinkels ebenfalls 40° bis 60°.In 5 becomes the cone 8th less heated, resulting in the FTV hollow profile 2 the fibers 16 shear less. The fiber orientation remains closer to the initial state. This shows 5c in which the schematic fiber profile on a flange structure 41 , which by means of a heated under the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material cone 8th with the heating temperature T with the following relationship: heating temperature T <solidification temperature T E , is formed. The fibers 16 to the outer edge 17 of the cone 8th are less sheared and take the angle 40 ° to 60 ° with respect to the angles of 40 ° to 50 ° in the rest Hohlprofilendabschnitt 5 based on the hollow profile longitudinal axis 15 at. In the transition area 18 the range of the shear angle is also 40 ° to 60 °.

Das Hohlprofil 2 besteht aus einem Faser-Thermoplast-Verbund, also einer Kombination aus Verstärkungsfasern (z. B. Glasfasern, Basaltfasern, Kohlenstofffasern) und einem thermoplastischen Matrixmaterial (z. B. PA, PPA, PPS, PEEK). Die Orientierung der Fasern 16 kann an die Belastungen des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden. Bei vorwiegend zug- und druckbelasteten Profilen 2 sind die Verstärkungsfasern 16 vorwiegend axial orientiert. Bei vorwiegend torsionsbelasteten Profilen 2 sind die Verstärkungsfasern 16 vorwiegend im Winkel von ±45° orientiert. Die Profile 2 können kontinuierlich in z. B. einem Pultrusionsverfahren oder diskontinuierlich in z. B. einem Schlauchblasverfahren hergestellt werden. Sie können einen konstanten, aber auch einen über die Länge des Profils 2 variierenden Querschnitt aufweisen.The hollow profile 2 consists of a fiber-thermoplastic composite, ie a combination of reinforcing fibers (eg glass fibers, basalt fibers, carbon fibers) and a thermoplastic matrix material (eg PA, PPA, PPS, PEEK). The orientation of the fibers 16 can be adapted to the loads of the respective application. For predominantly tension and pressure loaded profiles 2 are the reinforcing fibers 16 predominantly axially oriented. For predominantly torsionally loaded profiles 2 are the reinforcing fibers 16 predominantly oriented at an angle of ± 45 °. The profiles 2 can be used continuously in z. B. a pultrusion process or discontinuously in z. B. a Schlauchblasverfahren be prepared. You can have a constant, but also one over the length of the profile 2 have varying cross-section.

Es kann eine zusätzliche Armierung des Hohlprofils vorgenommen werden.It can be made an additional reinforcement of the hollow profile.

Es besteht die Möglichkeit, das Hohlprofil 2 im Bereich des Lasteinleitungsbereiches mit zusätzlichen Lagen (nicht eingezeichnet) zu verstärken, so dass ein Versagen in den ungestörten Bereich des Profils 2 verlagert wird, wodurch die Tragfähigkeit des Profils 2 voll ausgeschöpft werden kann. Die Lagen können in der Aufheizphase der Integration des Lasteinleitungselements mit aufgewärmt und während des Anspritzvorgangs stoffschlüssig mit dem Hohlprofil 2 verbunden werden.There is the possibility of the hollow profile 2 in the area of the load introduction area with additional layers (not shown) to reinforce, allowing a failure in the undisturbed area of the profile 2 is shifted, reducing the load capacity of the profile 2 can be fully exploited. The layers may be warmed up during the heating phase of the integration of the load introduction element and cohesively with the hollow profile during Anspritzvorgangs 2 get connected.

Im Folgenden wird die eingesetzte Spritzgussmasse näher charakterisiert: Die Spritzgussmasse kann dem Matrixmaterial des Hohlprofils 2 entsprechen. Je nach Materialkombination kann die Spritzgussmasse stoffschlüssig an die thermoplastische Matrix des Hohlprofils 2 anbinden.The injection molding compound used is described in more detail below: The injection molding compound can be the matrix material of the hollow profile 2 correspond. Depending on the combination of materials, the injection-molding compound can be firmly bonded to the thermoplastic matrix of the hollow profile 2 tie.

Zusammenfassend weist das Verfahren zur Herstellung von Lasteinleitungs-Flanschen 3, 4 an einem faserverstärkten Hohlprofil 2 mit thermoplastischer Matrix für Funktions-Hohlstrukturen 1 mittels eines Werkzeugs 31 zumindest im Wesentlichen folgende Schritte auf:

  • Erwärmen 6 eines Hohlprofilendabschnitts 5 des faserverstärkten Hohlprofils 2,
  • Aufdrücken 7 des erwärmten Hohlprofilendabschnitts 5 auf einen Formdom 8 eines Werkzeuges 31,
  • – Ausweitung zumindest eines Hohlprofilrandteils 9 des Hohlprofilendabschnitts 5 zur Ausbildung einer Flansch-Struktur 41 auf dem Formdom 8, wobei die Hohlprofilstärke D zumindest im Bereich des Hohlprofilrandteils 9 ein Reduktion der Wandstärke erfährt 10,
  • Aufbringen 27 von zusätzlichem Material 11, das mit der thermoplastischen Matrix des Hohlprofils 2 kompatibel ist, auf das vorgeformte Flansch-Halbzeug 41 ab einem festgelegten Umfang 12 auf dem Hohlprofilendabschnitt 5 in einem geschlossenen Werkzeug 31,
  • – Erzeugung zumindest einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Matrix des faserverstärkten Hohlprofils 2 und dem auf der Flansch-Struktur 41 aufgebrachten Material 11 zur Ausbildung des finalen Lasteinleitungs-Flansches 3, 4 und
  • – Entformung des finalen Lasteinleitungs-Flansches 3, 4 aus dem Werkzeug 31.
In summary, the method for the production of load introduction flanges 3 . 4 on a fiber-reinforced hollow profile 2 with thermoplastic matrix for functional hollow structures 1 by means of a tool 31 at least essentially the following steps:
  • - heating 6 a Hohlprofilendabschnitts 5 of the fiber-reinforced hollow profile 2 .
  • - Press on 7 the heated hollow profile end section 5 on a mold dome 8th a tool 31 .
  • - Expansion of at least one hollow profile edge part 9 of the hollow profile end section 5 for forming a flange structure 41 on the form dome 8th , wherein the hollow profile thickness D at least in the region of the hollow profile edge part 9 a reduction of the wall thickness experiences 10 .
  • - Apply 27 of additional material 11 that with the thermoplastic matrix of the hollow profile 2 is compatible with the preformed flange semi-finished product 41 from a fixed extent 12 on the hollow profile end section 5 in a closed tool 31 .
  • - Generation of at least one cohesive connection between the matrix of the fiber-reinforced hollow profile 2 and that on the flange structure 41 applied material 11 to Formation of the final load introduction flange 3 . 4 and
  • - Removal of the final load introduction flange 3 . 4 from the tool 31 ,

Die Erwärmung des Hohlprofilendabschnitts 5 kann mit einer Außenheizung 21 vor dem Aufdrücken 7 des Hohlprofilendabschnitts 5 oder mit einer im Konus 8 befindlichen Innenheizung 13 während des Aufdrückens 7 durchgeführt werden.The heating of the hollow profile end section 5 can with an exterior heating 21 before pressing 7 of the hollow profile end section 5 or with a cone 8th located interior heating 13 during the pressing 7 be performed.

Eine Bestimmung der Reduktion der Wandstärke bzw. der Verjüngung 10 des Hohlprofilrandteils 9 der vorgeformten Flansch-Struktur 41 kann gegebenenfalls durchgeführt werden.A determination of the reduction of the wall thickness or the rejuvenation 10 of the hollow profile edge part 9 the preformed flange structure 41 can be carried out if necessary.

Dabei kann ein Vergleich zwischen dem Ausgangs-Durchmesser DR des Hohlprofils 2 und dem nach der Durchmessererweiterung bestimmten Durchmesser DE des Hohlprofilrandteils 9 zur Bestimmung der Verjüngung 10 und der aufzubringenden Spritzgussmasse oder Pressmasse des zusätzlichen Materials 11 durchgeführt werden.In this case, a comparison between the output diameter D R of the hollow profile 2 and the diameter D E of the hollow profile edge part determined according to the diameter extension 9 for the determination of rejuvenation 10 and the applied injection molding compound or molding compound of the additional material 11 be performed.

Das Aufbringen 27 von zusätzlichem Material 11 auf die Flansch-Struktur 41 kann durch das Anspritzen/Anpressen 20 einer faserverstärkten Spritzgussmasse oder einer Pressmasse durchgeführt werden.The application 27 of additional material 11 on the flange structure 41 can be sprayed / pressed 20 a fiber-reinforced injection molding compound or a molding compound.

Des Weiteren kann das Aufbringen 27 von zusätzlichem Material 11 durch Einlegen von faserverstärkten Thermoplast-Ringen 22, 23, 24 durchgeführt werden.Furthermore, the application can 27 of additional material 11 by inserting fiber-reinforced thermoplastic rings 22 . 23 . 24 be performed.

Als zusätzliches Material 11 kann mindestens ein faserverstärkter Thermoplast-Ring 22, 23, 24 oder eine den Hohlprofilrandteil 9 verstärkende Pressmasse 25 umlaufend im inneren Bereich des Hohlprofilrandteils 9 eingesetzt werden. Die unterstützende Pressmasse 25 dient im Wesentlichen zur Füllung der dort vorhandenen Hohlräume.As additional material 11 can be at least one fiber reinforced thermoplastic ring 22 . 23 . 24 or a hollow profile edge part 9 reinforcing molding compound 25 circumferentially in the inner region of the hollow profile edge part 9 be used. The supporting molding compound 25 essentially serves to fill the cavities present there.

Die Erzeugung einer finalen stoffschlüssigen Verbindung der jeweiligen Kontaktpartner 9, 10, 22, 23, 24, 25 aus einer formschlüssigen Verbindung kann durch eine Erwärmung aller zutreffenden, eine formschlüssige Verbindung aufweisenden Kontaktpartner 9, 10, 22, 23, 24, 25 erreicht werden.The generation of a final cohesive connection of the respective contact partners 9 . 10 . 22 . 23 . 24 . 25 From a positive connection can by heating all applicable, a positive connection having contact partners 9 . 10 . 22 . 23 . 24 . 25 be achieved.

Der Formdom/Konus 8 kann, wie in 5 gezeigt ist, andererseits auch eine Innenheizung 13 mit einer vorgegebenen Heiztemperatur T aufweisen, mit der der Hohlprofilendabschnitt 5 in Richtung vom Hohlprofilrandteil 9 aus während des Aufdrückens 7 erwärmt werden kann und dabei das Hohlprofilrandteil 9 erweitert.The form dome / cone 8th can, as in 5 is shown, on the other hand, an internal heating 13 having a predetermined heating temperature T, with which the Hohlprofilendabschnitt 5 in the direction of the hollow profile edge part 9 out while pushing 7 can be heated while the hollow profile edge part 9 extended.

Durch die Wahl der Heizungstemperatur T der eingesetzten Heizungen 13 oder 21 kann der Scherwinkel der Fasern 16 während der Herstellung des Lasteinleitungs-Flansches 3, 4 innerhalb Ausbildung der Flansch-Struktur 41 eingestellt werden.By choosing the heating temperature T of the heaters used 13 or 21 can the shear angle of the fibers 16 during the manufacture of the load introduction flange 3 . 4 within training of the flange structure 41 be set.

Die Flansch-Struktur 41 kann z. B. mit Hilfe eines über der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials geheizten Konus 8 mit der Heiztemperatur T unterhalb der Zersetzungstemperatur TZ mit folgender Beziehung: Erstarrungstemperatur TE < Heiztemperatur T < Zersetzungstemperatur TZ, ausgeformt werden, wobei die Fasern 16 zum Außenrand 17 des Flansch-Halbzeuges 41 geschert werden und zunehmend steilere Winkel 65° bis 85° gegenüber den Winkeln von 40° bis 65° im übrigen Hohlprofilendabschnitt 5 bezogen auf die Hohlprofillängsachse 15 annehmen, wobei im Übergangsbereich 18 des Hohlprofilendabschnitts 5 der Bereich des Scherwinkels 40° bis 85° beträgt.The flange structure 41 can z. B. with the aid of a heated above the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material cone 8th with the heating temperature T below the decomposition temperature T Z with the following relationship: solidification temperature T E <heating temperature T <decomposition temperature T Z , wherein the fibers 16 to the outer edge 17 of the flange semi-finished product 41 sheared and increasingly steeper angles 65 ° to 85 ° with respect to the angles of 40 ° to 65 ° in the remaining Hohlprofilendabschnitt 5 based on the hollow profile longitudinal axis 15 assume, being in the transition area 18 of the hollow profile end section 5 the range of the shear angle is 40 ° to 85 °.

Der Konus 8 kann auch weniger stark beheizt werden, wobei sich im FTV-Hohlprofil 2 die Fasern 16 winkelbezogen weniger stark scheren, wobei die Faserorientierung näher am Ausgangszustand verbleibt, wobei das Flansch-Halbzeug 41 mit Hilfe eines unterhalb der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials liegenden Heiztemperatur T geheizten Konus 8 mit folgender Beziehung: Heiztemperatur T < Erstarrungstemperatur TE, ausgeformt wird, wobei die Fasern 16 zum Außenrand 17 der Flansch-Struktur 41 gerichtet weniger stark geschert werden und die Winkel 40° bis 60° gegenüber den Winkeln von 40° bis 50° im übrigen Hohlprofilendabschnitt 5 bezogen auf die Hohlprofillängsachse 15 annehmen, wobei im Übergangsbereich 18 der Bereich des Scherwinkels 40° bis 60° beträgt.The cone 8th can also be less heated, with the FTV hollow profile 2 the fibers 16 Shear less angle shear, the fiber orientation remains closer to the initial state, the flange semi-finished 41 with the help of a below the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material lying heating temperature T heated cone 8th with the following relationship: heating temperature T <solidification temperature T E , is formed, wherein the fibers 16 to the outer edge 17 the flange structure 41 directed less sheared and the angles 40 ° to 60 ° relative to the angles of 40 ° to 50 ° in the rest Hohlprofilendabschnitt 5 based on the hollow profile longitudinal axis 15 assume, being in the transition area 18 the range of the shear angle is 40 ° to 60 °.

Dazu kann ein mit einer Innenheizung 13 versehener, temperierter Konus 8 eingesetzt werden.This can be one with an internal heating 13 provided, tempered cone 8th be used.

Es kann auch ein elastisch erweiterbarer Konus 8 eingesetzt werden, mit dem wahlweise die Strukturen/Scherwinkel der Fasern 16 in jeweiligen Bereichen 9, 10, 18, 19 des Hohlprofilendabschnitts 5 dem faserverstärkten Hohlprofil 2 in den Bereichen der Flansch-Struktur 41 vorgegeben/variabel eingestellt werden können.It can also be an elastically expandable cone 8th can be used, with the optional structures / shear angle of the fibers 16 in respective areas 9 . 10 . 18 . 19 of the hollow profile end section 5 the fiber reinforced hollow profile 2 in the areas of the flange structure 41 can be set / set variably.

Der erfindungsgemäße Lasteinleitungs-Flansch 3, 4 an einem faserverstärkten Hohlprofil 2 mit thermoplastischer Matrix für Funktions-Hohlstrukturen 1, hergestellt mit dem vorgenannten Verfahren, besteht zumindest aus

  • einem Hohlprofilendabschnitt 5,
  • – einem erweiterten Hohlprofilrandteil 9 des Hohlprofilendabschnitts 5,
  • – einem Anspritzteil/Pressteil 11, das vom Hohlprofilrandteil 9 aus bis zu einem vorgegebenen Umfangs-Bereich 12 des Hohlprofilendabschnitts 5 angelagert ist und teilweise den bearbeiteten Hohlprofilendabschnitt 5 überlagert, wobei
  • – zumindest eine stoffschlüssige Verbindung des Kontaktes des bearbeiteten Hohlprofilendabschnitts 5 und des Anspritzteils/Pressteils 11 ausgebildet ist.
The load introduction flange according to the invention 3 . 4 on a fiber-reinforced hollow profile 2 with thermoplastic matrix for functional hollow structures 1 , made with the aforementioned method, consists at least of
  • - A hollow profile end section 5 .
  • - An expanded hollow profile edge part 9 of the hollow profile end section 5 .
  • - An Anspritzteil / pressed part 11 , that of the hollow profile edge part 9 out to a given perimeter area 12 of the hollow profile end section 5 is attached and partially the machined Hohlprofilendabschnitt 5 superimposed, where
  • - At least one cohesive connection of the contact of the processed hollow profile end portion 5 and the Anspritzteils / pressed part 11 is trained.

Das faserverstärkte Hohlprofil 2 mit thermoplastischer Matrix kann rohrförmig ausgebildet sein.The fiber-reinforced hollow profile 2 with thermoplastic matrix may be tubular.

Das angebrachte Anspritzteil/Pressteil 11 kann zur Angleichung und Verstärkung der verjüngten Hohlprofilwanddicke DJW an die Hohlprofilwanddicke DRW des restlichen Hohlprofilendabschnitts 5 vorgesehen sein.The attached Anspritzteil / pressed part 11 can for the approximation and reinforcement of the tapered hollow profile wall thickness D JW to the hollow profile wall thickness D RW of the remaining hollow profile end portion 5 be provided.

Das Anspritzteil/Pressteil 11 kann vorzugsweise mit funktionalen Elementen, insbesondere mit Verschraubungs-Bohrlöchern 14 versehen sein.The molded part / pressed part 11 may preferably be with functional elements, in particular with threaded boreholes 14 be provided.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des hergestellten erfindungsgemäßen Lasteinleitungs-Flansches bestehen in

  • – der Verwendung von endlos gefertigten und damit kostengünstigen Halbzeugen,
  • – einer Fertigung beliebiger Längen der Thermoplast-Hohlprofil-Strukturen ohne zusätzliche Werkzeugkosten,
  • – einer belastungs- und kraftflussgerecht einstellbaren Faserorientierung im Lasteinleitungsbereich während der schnellen und effizienten Umformung ohne zusätzliche Verfahrensschritte,
  • – einem automatisierbaren Prozess mit sehr kurzen Taktzeiten,
  • – einen Prozess, in dem zusätzliche Funktionsbereiche wie etwa Lagersitze mit ausgebildet (bzw. angespritzt) werden können, wobei eine weitere Bearbeitung von Funktions-Hohlprofilen mit Flanschen vermieden wird,
  • – einem stoffgleichen System aus flansch- und lasttragender Hohlprofilstruktur, wobei auch Vorteile hinsichtlich Kontaktkorrosion und thermisch induzierten Spannungen in Folge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten auftreten.
The advantages of the method according to the invention and the produced load introduction flange according to the invention consist in
  • The use of endlessly manufactured and therefore inexpensive semi-finished products,
  • A production of any lengths of the thermoplastic hollow profile structures without additional tooling costs,
  • A load orientation and fiber flow adjustable fiber orientation in the load introduction area during the rapid and efficient forming without additional process steps,
  • - an automatable process with very short cycle times,
  • A process in which additional functional areas, such as bearing seats, can be formed (or injection-molded), avoiding further machining of functional hollow profiles with flanges,
  • - A fabric-like system of flange and load-bearing hollow profile structure, which also benefits in terms of contact corrosion and thermally induced stresses due to different expansion coefficients occur.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Antriebswelle/Funktions-HohlstrukturDrive Shaft / Function hollow structure
22
Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil/faserverstärktes HohlprofilFiber-thermoplastic composite hollow profile / fiber-reinforced hollow profile
33
Erster Lasteinleitungs-FlanschFirst load introduction flange
44
Zweiter Lasteinleitungs-FlanschSecond load introduction flange
4141
Flansch-StrukturFlange structure
55
HohlprofilendabschnittHohlprofilendabschnitt
66
Schritt ErwärmenStep heating
77
Schritt AufdrückenStep Press
88th
Formdom/KonusForming mandrel / cone
99
HohlprofilrandteilHollow section rim portion
1010
Verjüngung/WandreduktionRejuvenation / wall reduction
1111
Anspritzteil/PressteilMolded-/ pressed part
1212
Umfang/UmfangsbereichPages / circumferential region
1313
Innenheizunginterior heating
1414
Verschraubungs-BohrlochScrew-hole
1515
HohlprofillängsachseHollow profile longitudinal axis
1616
Faser/VerstärkungsfaserFiber / gain fiber
1717
Außenrand der Flansch-StrukturOuter edge of the flange structure
1818
Übergangsbereich der Flansch-StrukturTransition area of the flange structure
1919
HohlprofillängsbereichHollow profile longitudinal region
2020
Schritt AnspritzenStep injecting
2121
Außenheizungexternal heating
2222
Erster Thermoplast-RingFirst thermoplastic ring
2323
Zweiter Thermoplast-RingSecond thermoplastic ring
2424
Dritter Thermoplast-RingThird thermoplastic ring
2525
Innere PressmasseInternal molding compound
2626
Schritt AufweitenStep expanding
2727
Schritt AufbringenStep up
2828
Schritt VerpressenStep Press
2929
WerkzeugaußenteilTool outer part
3030
Schritt SchließenStep Close
3131
WerkzeugTool
DR D R
Ausgangs-HohlprofildurchmesserHollow output profile diameter
DE D E
erweiteter Hohlprofildurchmesserextended hollow profile diameter
DJW D JW
verjüngte Hohlprofilwanddicketapered hollow profile wall thickness
DRW D RW
Ausgangs-HohlprofilwanddickeOutput hollow section wall thickness

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4414384 A1 [0008] DE 4414384 A1 [0008]
  • DE 19906618 A1 [0008] DE 19906618 A1 [0008]
  • CN 191677 C [0009] CN 191677 C [0009]
  • DE 000002058015 A [0009] DE 000002058015 A [0009]
  • DE 3608754 C2 [0009] DE 3608754 C2 [0009]
  • DE 4442268 C1 [0009] DE 4442268 C1 [0009]
  • US 2009/0308477 A1 [0009] US 2009/0308477 A1 [0009]
  • EP 0413677 A1 [0009] EP 0413677 A1 [0009]
  • WO 1998020263 A1 [0009] WO 1998020263 A1 [0009]
  • DE 4014400 A1 [0010] DE 4014400 A1 [0010]
  • EP 0307112 B1 [0010] EP 0307112 B1 [0010]
  • US 5724715 A [0010] US 5724715A [0010]
  • DE 19538360 C1 [0011, 0011] DE 19538360 C1 [0011, 0011]

Claims (19)

Verfahren zur Herstellung von Lasteinleitungs-Flanschen (3, 4) an faserverstärkten Hohlprofilen (2) mit thermoplastischer Matrix für Funktions-Hohlstrukturen (1) mittels eines Werkzeugs (31), zumindest durch folgende Schritte gekennzeichnet, – Erwärmen (6) eines Hohlprofilendabschnitts (5) des faserverstärkten Hohlprofils (2), – Aufdrücken (7) des erwärmten Hohlprofilendabschnitts (5) auf einen Formdom (8) eines Werkzeuges (31), – Ausweitung zumindest eines Hohlprofilrandteils (9) des Hohlprofilendabschnitts (5) zur Ausbildung einer Flansch-Struktur (41) auf dem Formdom (8), – Aufbringen (27) von zusätzlichem Material (11), das mit der thermoplastischen Matrix des Hohlprofils (2) kompatibel ist, auf die vorgeformte Flansch-Struktur (41) ab einem festgelegten Umfang (12) auf dem Hohlprofilendabschnitt (5) in einem geschlossenen Werkzeug (31), – Erzeugung zumindest einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Matrix des faserverstärkten Hohlprofils (2) und dem auf der Flansch-Struktur (41) aufgebrachten Material (11) zur Ausbildung des finalen Lasteinleitungs-Flansches (3, 4) und – Entformung des finalen Lasteinleitungs-Flansches (3, 4) aus dem Werkzeug (31).Method for producing load introduction flanges ( 3 . 4 ) on fiber-reinforced hollow profiles ( 2 ) with thermoplastic matrix for functional hollow structures ( 1 ) by means of a tool ( 31 ), characterized at least by the following steps, - heating ( 6 ) of a hollow profile end section ( 5 ) of the fiber-reinforced hollow profile ( 2 ), - press ( 7 ) of the heated hollow profile end section ( 5 ) on a molded dome ( 8th ) of a tool ( 31 ), - expansion of at least one hollow profile edge part ( 9 ) of the hollow profile end section ( 5 ) for forming a flange structure ( 41 ) on the molded dome ( 8th ), - application ( 27 ) of additional material ( 11 ), which with the thermoplastic matrix of the hollow profile ( 2 ) is compatible with the preformed flange structure ( 41 ) from a fixed extent ( 12 ) on the hollow profile end section ( 5 ) in a closed tool ( 31 ), - Generation of at least one cohesive connection between the matrix of the fiber-reinforced hollow profile ( 2 ) and on the flange structure ( 41 ) applied material ( 11 ) for forming the final load introduction flange ( 3 . 4 ) and - removal of the final load introduction flange ( 3 . 4 ) from the tool ( 31 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Hohlprofilendabschnitts (5) mit einer Außenheizung (21) vor dem Aufdrücken (7) des Hohlprofilendabschnitts (5) oder mit einer im Konus (8) befindlichen Innenheizung (13) während des Aufdrückens (7) durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the heating of the hollow profile end portion ( 5 ) with an external heating ( 21 ) before pressing ( 7 ) of the hollow profile end section ( 5 ) or with a cone ( 8th ) located inside heating ( 13 ) during the pressing ( 7 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Reduktion der Wandstärke und Verjüngung (10) des Hohlprofilrandteils (9) der vorgeformten Flansch-Struktur (41) durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that a determination of the reduction in wall thickness and rejuvenation ( 10 ) of the hollow profile edge part ( 9 ) of the preformed flange structure ( 41 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (27) von zusätzlichem Material (11) auf die Flansch-Struktur (41) durch das Anspritzen/Anpressen (20) einer faserverstärkten Spritzgussmasse oder einer Pressmasse durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that the application ( 27 ) of additional material ( 11 ) on the flange structure ( 41 ) by the injection / pressing ( 20 ) is performed a fiber-reinforced injection molding compound or a molding compound. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (27) von zusätzlichem Material (11) durch Einlegen von faserverstärkten Thermoplast-Ringen (22, 23, 24) durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that the application ( 27 ) of additional material ( 11 ) by inserting fiber-reinforced thermoplastic rings ( 22 . 23 . 24 ) is carried out. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliches Material (11) mindestens ein faserverstärkter Thermoplast-Ring (22, 23, 24) und/oder eine den Hohlprofilrandteil (9) verstärkende Pressmasse (25), umlaufend im inneren Bereich des Hohlprofilrandteils (9), eingesetzt wird.Process according to claims 4 and 5, characterized in that as additional material ( 11 ) at least one fiber-reinforced thermoplastic ring ( 22 . 23 . 24 ) and / or a hollow profile edge part ( 9 ) reinforcing molding compound ( 25 ), circumferentially in the inner region of the hollow profile edge part ( 9 ) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich zwischen einem Ausgangs-Durchmesser DR des Hohlprofils (2) und dem nach der Durchmessererweiterung bestimmten Durchmesser DE des Hohlprofilrandteils (9) zur Bestimmung einer aufzubringenden Masse des zusätzlichen Materials (11) durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that a comparison between an initial diameter D R of the hollow profile ( 2 ) and the diameter D E of the hollow profile edge part (D) 9 ) for determining an applied mass of the additional material ( 11 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung aller Kontaktpartner (9, 10, 22, 23, 24, 25) durch Verpressen (28) erreicht wird.A method according to claim 1, characterized in that the generation of a cohesive connection of all contact partners ( 9 . 10 . 22 . 23 . 24 . 25 ) by pressing ( 28 ) is achieved. Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung einer finalen stoffschlüssigen Verbindung der jeweiligen Kontaktpartner (9, 10, 22, 23, 24, 25) aus einer formschlüssigen Verbindung durch eine Erwärmung aller, die formschlüssige Verbindung aufweisenden Kontaktpartner (9, 10, 22, 23, 24, 25) erreicht wird.Method according to claim 1 or 8, characterized in that the generation of a final cohesive connection of the respective contact partners ( 9 . 10 . 22 . 23 . 24 . 25 ) from a positive connection by heating all, the form-locking connection having contact partners ( 9 . 10 . 22 . 23 . 24 . 25 ) is achieved. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formdom/Konus (8) eine Innenheizung (13) mit einer vorgegebenen Heiztemperatur T aufweist, mit der der Hohlprofilendabschnitt (5) in Richtung vom Hohlprofilrandteil (9) aus während des Aufdrückens (7) erwärmt und dabei das Hohlprofilrandteil (9) erweitert werden.Method according to claim 1, characterized in that the molding dome / cone ( 8th ) an internal heating ( 13 ) having a predetermined heating temperature T, with which the hollow profile end portion ( 5 ) in the direction of the hollow profile edge part ( 9 ) while pressing ( 7 ) and thereby the hollow profile edge part ( 9 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl der Heizungstemperatur T der Scherwinkel der Fasern (16) während der Herstellung des Lasteinleitungs-Flansches (3, 4) innerhalb der Flansch-Struktur (41) eingestellt wird.A method according to claim 1, characterized in that by the choice of the heating temperature T, the shear angle of the fibers ( 16 ) during the manufacture of the load introduction flange ( 3 . 4 ) within the flange structure ( 41 ) is set. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansch-Struktur (41) mit Hilfe eines über der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials geheizten Konus (8) mit der Heiztemperatur T unterhalb der Zersetzungstemperatur TZ mit folgender Beziehung: Erstarrungstemperatur TE < Heiztemperatur T < Zersetzungstemperatur TZ, ausgeformt wird, wobei die Fasern (16) zum Außenrand (17) der Flansch-Struktur (41) geschert werden und zunehmend steilere Winkel 65° bis 85° gegenüber den Winkeln von 40° bis 65° im übrigen Hohlprofilendabschnitt (5) bezogen auf die Hohlprofillängsachse (15) annehmen, wobei im Übergangsbereich (18) des Hohlprofilendabschnitts (5) der Bereich des Scherwinkels 40° bis 85° beträgt.A method according to claim 11, characterized in that the flange structure ( 41 ) with the aid of a cone heated above the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material (US Pat. 8th ) with the heating temperature T below the decomposition temperature T Z with the following relationship: solidification temperature T E <heating temperature T <decomposition temperature T Z , wherein the fibers ( 16 ) to the outer edge ( 17 ) of the flange structure ( 41 ) and increasingly steeper angles 65 ° to 85 ° with respect to the angles of 40 ° to 65 ° in the remaining hollow section end section (FIG. 5 ) relative to the hollow profile longitudinal axis ( 15 ), whereas in the transitional area ( 18 ) of the hollow profile end section ( 5 ) the range of the shear angle is 40 ° to 85 °. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (8) weniger stark beheizt wird, wobei sich im faserverstärkten Hohlprofil (2) die Fasern (16) winkelbezogen weniger stark scheren, wobei die Faserorientierung näher am Ausgangszustand verbleibt, wobei die Flansch-Struktur (41) mit Hilfe eines unterhalb der Erstarrungstemperatur TE des thermoplastischen Matrixmaterials liegenden Heiztemperatur T geheizten Konus (8) mit folgender Beziehung: Heiztemperatur T < Erstarrungstemperatur TE, ausgeformt wird, wobei die Fasern (16) zum Außenrand (17) der Flansch-Struktur (41) weniger stark geschert werden und die Winkel 40° bis 60° gegenüber den Winkeln von 40° bis 50° im übrigen Hohlprofilendabschnitt (5) bezogen auf die Hohlprofillängsachse (15) annehmen, wobei im Übergangsbereich (18) der Bereich des Scherwinkels 40° bis 60° beträgt.Method according to claim 11, characterized in that the cone ( 8th ) is heated less strongly, whereby in the fiber-reinforced hollow profile ( 2 ) the fibers ( 16 ) shear less angularly with the fiber orientation remaining closer to the initial state, the flange structure ( 41 ) with the aid of a below the solidification temperature T E of the thermoplastic matrix material lying heating temperature T heated cone ( 8th ) with the following relationship: heating temperature T <solidification temperature T E , wherein the fibers ( 16 ) to the outer edge ( 17 ) of the flange structure ( 41 ) sheared less strongly and the angles 40 ° to 60 ° relative to the angles of 40 ° to 50 ° in the remaining Hohlprofilendabschnitt ( 5 ) relative to the hollow profile longitudinal axis ( 15 ), whereas in the transitional area ( 18 ) the range of the shear angle is 40 ° to 60 °. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Innenheizung (13) versehener, temperierter Konus (8) eingesetzt wird.Process according to claims 11 to 13, characterized in that one with an internal heating ( 13 ) tempered cone ( 8th ) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisch erweiterbarer Konus (8) eingesetzt wird, mit dem wahlweise die Strukturen/Scherwinkel der Fasern (16) in jeweiligen Bereichen (9, 10, 18, 19) des Hohlprofilendabschnitts (5) dem faserverstärkten Hohlprofil (2) in den Bereichen der Flansch-Struktur (41) vorgegeben variabel eingestellt werden.Method according to claim 1, characterized in that an elastically expandable cone ( 8th ), with which optionally the structures / shear angles of the fibers ( 16 ) in respective areas ( 9 . 10 . 18 . 19 ) of the hollow profile end section ( 5 ) the fiber-reinforced hollow profile ( 2 ) in the areas of the flange structure ( 41 ) can be set variably. Lasteinleitungs-Flansch (3, 4) an faserverstärkten Hohlprofilen (2) mit thermoplastischer Matrix für Funktions-Hohlstrukturen (1), hergestellt mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, zumindest bestehend aus – einem Hohlprofilendabschnitt (5), – einem erweiterten Hohlprofilrandteil (9) des Hohlprofilendabschnitts (5), – einem Anspritzteil/Pressteil (11), das vom Hohlprofilrandteil (9) aus bis zu einem vorgegebenen Umfangs-Bereich (12) des Hohlprofilendabschnitts (5) angelagert ist und zumindest teilweise den bearbeiteten Hohlprofilendabschnitt (5) überlagert, wobei – zumindest eine stoffschlüssige Verbindung des Kontaktes des bearbeiteten Hohlprofilendabschnitts (5) und des Anspritzteils/Pressteils (11) ausgebildet ist.Load introduction flange ( 3 . 4 ) on fiber-reinforced hollow profiles ( 2 ) with thermoplastic matrix for functional hollow structures ( 1 ), produced by a method according to claims 1 to 15, at least consisting of - a hollow profile end section ( 5 ), - an expanded hollow profiled edge part ( 9 ) of the hollow profile end section ( 5 ), - a Anspritzteil / pressed part ( 11 ), of the hollow profile edge part ( 9 ) up to a predetermined circumferential range ( 12 ) of the hollow profile end section ( 5 ) is attached and at least partially the processed Hohlprofilendabschnitt ( 5 superimposed, wherein - at least one cohesive connection of the contact of the machined Hohlprofilendabschnitts ( 5 ) and the Anspritzteils / pressed part ( 11 ) is trained. Lasteinleitungs-Flansch nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Hohlprofil (2) mit thermoplastischer Matrix rohrförmig ausgebildet ist.Load introduction flange according to claim 16, characterized in that the fiber-reinforced hollow profile ( 2 ) is tubular with thermoplastic matrix. Lasteinleitungs-Flansch nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Anspritzteil/Pressteil (11) zur Angleichung und Verstärkung der verjüngten Hohlprofilwanddicke DJW an die Ausgangs-Hohlprofilwanddicke DRW des restlichen Hohlprofilendabschnitts (5) vorgesehen ist.Load introduction flange according to claim 16 or 17, characterized in that the injection part / pressing part ( 11 ) for the alignment and reinforcement of the tapered hollow profile wall thickness D JW to the output hollow profile wall thickness D RW of the remaining hollow profile end portion ( 5 ) is provided. Lasteinleitungs-Flansch nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Anspritzteil/Pressteil (11) mit funktionalen Elementen, insbesondere mit Verschraubungs-Bohrlöchern (14) versehen ist.Load introduction flange according to claims 16 to 18, characterized in that the injection part / pressing part ( 11 ) with functional elements, in particular with threaded boreholes ( 14 ) is provided.
DE102014004157.3A 2014-03-17 2014-03-17 Process for the production of load introduction flanges on fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix Active DE102014004157B4 (en)

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