DE102014004158A1 - Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements - Google Patents

Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements Download PDF

Info

Publication number
DE102014004158A1
DE102014004158A1 DE102014004158.1A DE102014004158A DE102014004158A1 DE 102014004158 A1 DE102014004158 A1 DE 102014004158A1 DE 102014004158 A DE102014004158 A DE 102014004158A DE 102014004158 A1 DE102014004158 A1 DE 102014004158A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fiber
hollow profile
composite hollow
plastic composite
undercut
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102014004158.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Maik Gude
Werner Hufenbach
Christian Garthaus
Bernhard Witschel
Florian Lenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Priority to DE102014004158.1A priority Critical patent/DE102014004158A1/en
Publication of DE102014004158A1 publication Critical patent/DE102014004158A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14311Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles using means for bonding the coating to the articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/84Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks by moulding material on preformed parts to be joined
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14778Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the article consisting of a material with particular properties, e.g. porous, brittle
    • B29C45/14786Fibrous material or fibre containing material, e.g. fibre mats or fibre reinforced material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing
    • F16B11/008Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing of tubular elements or rods in coaxial engagement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B3/00Key-type connections; Keys
    • F16B3/005Key-type connections; Keys the key being formed by solidification of injected material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen (1) aus Lasteinleitungselement (3) und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) mit thermoplastischem Matrixmaterial und Strukturelemente, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt (6) versehenen Lasteinleitungselements (3) in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs, – Lokales Erwärmen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) bis zur Verformbarkeit des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) im Bereich des Hinterschnitts (6) des Lasteinleitungselements (3), – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs in ein Werkzeug, wobei die vorgenannten Verfahrensschritte wahlweise in ihrer Abfolge unterschiedlich durchgeführt werden, – Anspritzen des verformbaren Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) mit fließfähiger Spritzgussmasse (41) im Werkzeug in den Bereich des Hinterschnitts des Lasteinleitungselements (3) zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2), wobei die ausgebildeten Hinterschnitte (13) Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) passgenau an die Hinterschnitte (6) des Lasteinleitungselements (3) zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind, – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse (41) zu mindestens einem in den Hinterschnitten (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) zur Ausbildung eines Formstücks (4) und somit zu dem finalen Strukturelement (1), – Entformen des finalen Strukturelements (1) aus dem Werkzeug.The invention relates to a method for producing structural elements (1) from load introduction element (3) and fiber-plastic composite hollow profile (2) with thermoplastic matrix material and structural elements, the method comprising the following steps: - inserting with at least one undercut (6) provided load introduction element (3) in the fiber-plastic composite hollow profile (2) for forming a structural element semifinished product, - local heating of the fiber-plastic composite hollow profile (2) to the deformability of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2) in the region of the undercut (6) of the load introduction element (3), inserting the structural element semifinished product into a tool, the above-mentioned method steps optionally being carried out differently in their sequence, injection molding of the deformable fiber-plastic composite hollow profile (2 ) with flowable injection molding compound (41) in the tool in the region of the undercut of the load introduction element ment (3) for forming at least one undercut (13) of the fiber-plastic composite hollow profile (2), wherein the formed undercuts (13) fiber-plastic composite hollow profile (2) precisely to the undercuts (6) of the load introduction element (3) are joined to one another at least in a form-fitting manner, solidification of the flowable injection molding compound (41) to at least one in the undercuts (13) of the fiber-plastic composite hollow profile (2) to form a shaped piece (4) and thus to the final structural element (1), - removal of the final structural element (1) from the tool.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen aus Lasteinleitungselement und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischem Matrixmaterial und Strukturelemente.The invention relates to a method for the production of structural elements of load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile with thermoplastic matrix material and structural elements.

Ein formschlüssiger Einbau von Lasteinleitungselementen in Vollstäbe mit axialer Faserverstärkung ist in der Druckschrift DE 10 2004 038 082 B4 beschrieben. Sowohl der Stab als auch die Anbindung des Lasteinleitungselementes an den Stab sind ausschließlich für die Übertragung von Zugkräften geeignet. Das Kombinationselement eignet sich nicht zur Übertragung von Druck oder Drehmomenten und ist zudem nicht auf Hohlprofile übertragbar.A form-fitting installation of load introduction elements in solid rods with axial fiber reinforcement is in the document DE 10 2004 038 082 B4 described. Both the rod and the connection of the load introduction element to the rod are only suitable for the transmission of tensile forces. The combination element is not suitable for transmitting pressure or torques and is also not transferable to hollow profiles.

Ein axiales Stauchen von thermoplastischen Rohrenden ist in der Druckschrift GB 2 160 144 A beschrieben. Die Verbindung ist für die Übertragung axial wirkender Zuglasten bestimmt und lässt sich zudem nicht materialgerecht auf endlosfaserverstärkte Hohlprofile übertragen.An axial compression of thermoplastic pipe ends is in the document GB 2 160 144 A described. The connection is intended for the transmission of axially acting tensile loads and can not be transferred to continuous fiber-reinforced hollow profiles.

Eine Anordnung, bei der die Enden des Hohlprofils flach gedrückt und anschließend mit Spritzgussmasse umspritzt werden, ist in der Druckschrift DE 10 2010 041 790 A1 beschrieben. Das Hohlprofil wird weder beim Umformen noch beim Anspritzen von innen gestützt und daher entweder undefiniert umgeformt oder kollabiert. Zudem ist die Bohrung zur Anbindung der sich anschließenden Elemente um einen Winkel von 90° zur Profilachse gedreht, so dass sich nur bestimmte Anbindungselemente, die zumeist zusätzlichen Bauraum benötigen, wie z. B. Gabeln, verwendet werden können. Das angegebene Element eignet sich nicht zur Übertragung von Momenten.An arrangement in which the ends of the hollow profile pressed flat and then encapsulated with injection molding compound is in the document DE 10 2010 041 790 A1 described. The hollow profile is supported neither during forming nor during injection from the inside and therefore either undefined reshaped or collapsed. In addition, the bore for connection of the adjoining elements is rotated by an angle of 90 ° to the profile axis, so that only certain connection elements that usually require additional space, such. As forks, can be used. The specified element is not suitable for transmitting moments.

Lasteinleitungen für Faserverbundstäbe sind in den Druckschriften DE 10 2006 039 565 A1 , DE 102 49 591 A1 , DE 10 2004 021 144 A1 und JP 2004 291 505 A beschrieben, wobei zur Lasteinleitung Lasteinleitungselemente durch Verkleben stoff- und/oder reibschlüssig mit den entsprechenden Faserverbundstäben verbunden sind. Auf Grund des fehlenden Formschlusses sind derartige Lasteinleitungselemente nur bis zu einer begrenzten Lasthöhe anwendbar und für hochbelastete Hohlprofile ungeeignet. Zudem weisen geklebte Strukturen oft eine geringe Robustheit auf. Sie sind anfällig für Alterung und thermische induzierte Spannungen.Load introduction for fiber composite rods are in the publications DE 10 2006 039 565 A1 . DE 102 49 591 A1 . DE 10 2004 021 144 A1 and JP 2004 291 505 A described, wherein the load introduction load introduction elements by bonding material and / or frictionally connected to the corresponding fiber composite rods. Due to the lack of positive connection such load introduction elements are only applicable up to a limited load height and unsuitable for highly loaded hollow profiles. In addition, bonded structures often have a low robustness. They are susceptible to aging and thermal induced stresses.

Anordnungen, die in den Druckschriften DE 10 2008 057 893 A1 , DE 20 2008 008 821 U1 beschrieben sind, eignen sich nicht für endlos hergestellte Halbzeuge mit konstantem Querschnitt.Arrangements given in the publications DE 10 2008 057 893 A1 . DE 20 2008 008 821 U1 are not suitable for endlessly produced semi-finished products with a constant cross-section.

Lasteinleitungselemente, die direkt im Herstellungsprozess angeformt werden, sind in der Druckschrift WO 2005/105417 A1 beschrieben. Für jede zu fertigende Profillänge wird ein separates Werkzeug benötigt. Das Verfahren eignet sich ausschließlich für das Anformen der Verbundprofile in die metallischen Lasteinleitungselemente, was zusätzlichen Bauraum für die außen liegenden Lasteinleitungselemente erfordert und gegenüber von außen angeformten Lasteinleitungselementen zusätzliche Berücksichtigung der Wärmedehnungen erfordert, um ein Ablösen der Lasteinleitungselemente zu verhindern.Load introduction elements, which are formed directly in the manufacturing process, are in the document WO 2005/105417 A1 described. For each profile length to be produced, a separate tool is required. The method is suitable exclusively for molding the composite profiles into the metallic load introduction elements, which requires additional space for the external load introduction elements and requires additional consideration of the thermal expansions against externally formed load introduction elements in order to prevent detachment of the load introduction elements.

Die Umformung eines duroplastischen Faserverbundes mittels eines Spreizkörpers ist in der Druckschrift EP 0 311 837 B1 beschrieben. Spreizkörper und Spannglied wirken dabei vorzugsweise über Konusflächen zusammen. Die Kraftübertragung erfolgt über den ausgeweiteten Spreizkörper.The transformation of a thermoset fiber composite by means of an expansion body is in the document EP 0 311 837 B1 described. Spreader and tendon work together preferably via conical surfaces. The power transmission takes place via the expanded spreader.

Ein Anspritzen eines Funktionselements an ein stabförmiges Bauteil aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff ist in der Druckschrift DE 10 2012 020 184 A1 beschrieben. Das Funktionselement wird aus einer geflochtenen Preform hergestellt, die mittels Innenhochdruckumformen an ein Außenwerkzeug angeformt wird. Vor oder nach dem Abkühlen wird dann das Funktionselement angespritzt, wobei der Querschnitt, an den angespritzt wird, nicht rund sein muss. Das Verfahren erfordert eine vollständige Erwärmung der Preform und ein Stützen durch Innendruck. Die Preform ist nicht vorkonsolidiert, der Umformprozess findet nur durch Innendruck statt. Somit sind immer mehrere Prozessschritte nötig.Injection of a functional element to a rod-shaped component of fiber-reinforced thermoplastic material is in the document DE 10 2012 020 184 A1 described. The functional element is made of a braided preform, which is molded by means of hydroforming to an external tool. Before or after cooling, the functional element is then injection-molded, wherein the cross-section, which is molded onto, does not have to be round. The process requires complete heating of the preform and support by internal pressure. The preform is not preconsolidated, the forming process takes place only by internal pressure. Thus, several process steps are always necessary.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anspritzen von Funktionselementen an durch Innenhochdruckformen in einem Werkzeug umgeformte Profile aus vorkonsolidierten faserverstärktem Thermoplastmaterial sind in der Druckschrift DE 10 2011 108 219 A1 beschrieben. Dabei wird das vorkonsolidierte Halbzeug erwärmt und mit Hilfe eines Handhabungssystems in ein Werkzeug eingelegt. Anschließend erfolgt der Umformprozess. In einem darauf folgenden Schritt wird ein Funktionselement auf das umgeformte Profil angespritzt.A device and a method for injecting functional elements on formed by hydroforming in a tool profiles of preconsolidated fiber reinforced thermoplastic material are in the document DE 10 2011 108 219 A1 described. The pre-consolidated semi-finished product is heated and placed in a tool using a handling system. Then the forming process takes place. In a subsequent step, a functional element is molded onto the reshaped profile.

Nachteile des Verfahrens sind die Notwendigkeit mehrerer Schritte für die Herstellung des Funktionselements durch eine Trennung von Umformprozess und Anspritzprozess und die mangelnde Flexibilität bei der Positionierung der Funktionselemente.Disadvantages of the method are the need for several steps for the production of the functional element by a separation of forming process and Anspritzprozess and the lack of flexibility in the positioning of the functional elements.

Ein Faserverbundprofil, insbesondere ein PKW-Stoßfänger ist in der Druckschrift DE 10 2009 056 472 A1 beschrieben. Das Faserverbundprofil besteht aus pultrudierten und nachträglich biegetechnisch umgeformten faserverstäkten Thermoplasten. An das Profil werden in einem nachgelagerten Schritt Funktionselemente, z. B. Flansche oder Rippen, angespritzt. Nachteilig ist hier auch die mangelnde Flexibilität des Anspritzprozesses. Zusätzlich ist das biegetechnische Umformen von axial verstärkten Faserverbundprofilen mit großem Querschnitt nur bedingt möglich, da sich die Fasern weder plastisch strecken noch stauchen können, ohne zu knicken.A fiber composite profile, in particular a car bumper is in the document DE 10 2009 056 472 A1 described. The fiber composite profile consists of pultruded and retrofitted bent thermoplastically deformed fiber-reinforced thermoplastics. To the profile are in a downstream step functional elements, eg. As flanges or ribs, molded. The disadvantage here is also the lack of flexibility of Anspritzprozesses. In addition, the bend-technical forming of axially reinforced fiber composite profiles with a large cross section is only possible to a limited extent because the fibers can neither plastically stretch nor compress without kinking.

Das Anspritzen eines formschlüssig fixierten Funktionselements an ein thermoplastisches Faserverbundbauteil ist in der Druckschrift DE 10 2007 060 628 A1 beschrieben. Dabei werden in einem ersten Schritt mittels eines lokalen Umformverfahrens Vertiefungen oder Ausbeulungen am Profil erzeugt. Die Vertiefungen werden durch die in einem nachgelagerten Schritt applizierte Spritzgussmasse umschlossen und ausgefüllt, wodurch diese formschlüssig mit dem Grundbauteil verbunden ist. Nachteilig ist hier das Erfordernis mehrerer Prozessschritte zur Erzeugung des Formschlusses. Außerdem bezieht sich das Verfahren auf ein in einem Einzelverfahren hergestellten Bauteil und es ist keine Variation der Position der angespritzten Elemente ohne Anpassung des Werkzeugs möglich.The injection molding of a form-fitting fixed functional element to a thermoplastic fiber composite component is in the document DE 10 2007 060 628 A1 described. In this case, depressions or bulges are produced on the profile in a first step by means of a local forming process. The recesses are enclosed and filled by the injection molding compound applied in a subsequent step, whereby it is positively connected to the basic component. The disadvantage here is the requirement of several process steps for generating the positive connection. In addition, the method relates to a component produced in a single process and it is not possible to vary the position of the molded elements without adaptation of the tool.

Ein Verfahren zum Anspritzen von Rippenstrukturen an einen Hohlprofilkörper ist in der Druckschrift DE 100 14 332 A1 beschrieben. Dabei wird der Grundkörper an mehreren diskreten Verbindungsstellen durch die Spritzgussmasse umgeben, wodurch ein Formschluss entsteht. Zusätzlich erfolgt das Erzeugen der Formschlussgeometrie in einem vorgelagerten Schritt, wodurch auch hier wieder mehrere Prozessschritte notwendig sind.A method for molding rib structures on a hollow profile body is in the document DE 100 14 332 A1 described. In this case, the body is surrounded at several discrete connection points by the injection molding compound, whereby a positive connection is formed. In addition, the positive locking geometry is generated in an upstream step, whereby here again several process steps are necessary.

Das Anspritzen von Rippenstrukturen an ein Faserverbundbauteil ist in einer weiteren Druckschrift DE 10 2006 010 271 A1 beschrieben. Das Faserverbundbauteil wird in einem ersten Schritt erwärmt, wobei besondere Positionen, an denen später die Rippen angespritzt werden, oberhalb der Schmelztemperatur erhitzt werden, um eine gute Anbindung der Spritzgussmasse an das Grundmaterial zu erreichen. Anschließend wird das Bauteil in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt, das geschlossen wird. Von einer Seite werden nun die Rippenstrukturen angespritzt. Dabei ist es möglich, in der gegenüberliegenden Seite des Spritzgusswerkzeugs Vertiefungen vorzusehen, in die das Grundmaterial während des Spritzgussprozesses eingeformt wird, um einen Formschluss zu erzeugen. Ein Nachteil des Verfahrens ist die Beschränkung auf weitgehend ebene Bauteile. Die Herstellung von Hohlstrukturen ist so nicht möglich.The injection molding of rib structures on a fiber composite component is in another document DE 10 2006 010 271 A1 described. The fiber composite component is heated in a first step, wherein particular positions at which later the ribs are molded, are heated above the melting temperature in order to achieve a good connection of the injection molding material to the base material. Subsequently, the component is placed in an injection mold, which is closed. From one side, the rib structures are now molded. In this case, it is possible to provide depressions in the opposite side of the injection molding tool, into which the base material is molded during the injection molding process in order to produce a positive fit. A disadvantage of the method is the restriction to largely flat components. The production of hollow structures is not possible.

Ein Verfahren zur Aufweitung eines Faserverbundhohlprofils in eine Endform mittels fluidischen Innendrucks ist in der Druckschrift DE 10 2007 017 414 A1 beschrieben, wobei das Hohlprofil im Aufweitungsbereich mit einem Spritzgussmaterial umspritzt wird. Dies kann nach der Aufweitung oder, um die Taktzeit zu senken und eine hochgenaue reproduzierbare Kontur zu erzeugen, gleichzeitig mit dieser geschehen. Bei gleichzeitigem Umformen und Anspritzen wird der Innendruck im Profil genutzt, um einen Nachdruck auf die Spritzgussmasse aufzubauen und so die Schrumpfung zu minimieren. Nachteilig an dem Verfahren sind die relativ undefinierte Umformung des Profils nach außen sowie der benötigte Innendruck, wodurch die prozesstechnische Ausgestaltung besonders im Rahmen eines Serienfertigungsprozesses, kompliziert ist.A method for expanding a fiber composite hollow profile in a final shape by means of fluidic internal pressure is in the document DE 10 2007 017 414 A1 described, wherein the hollow profile is overmolded in the expansion area with an injection molding material. This can be done simultaneously with the widening or, in order to reduce the cycle time and produce a highly accurate reproducible contour. With simultaneous forming and injection molding, the internal pressure in the profile is used to build up a pressure on the injection molding compound and thus to minimize shrinkage. A disadvantage of the method, the relatively undefined deformation of the profile to the outside and the required internal pressure, whereby the process engineering design, especially in the context of a mass production process, is complicated.

Ein Verfahren zum Umspritzen eines metallischen Hohlkörpers ist in der Druckschrift DE 10 2006 038 930 A1 beschrieben, wobei der Rohrkörper die Kavität eines Spritzgusswerkzeuges durchragt. Um eine Verformung des Rohrkörpers während des Spritzgussprozesses zu verhindern, wird ein Innendruck an den Rohrkörper angelegt, der dem Spritzgussdruck entgegen wirkt.A method for molding a metallic hollow body is in the document DE 10 2006 038 930 A1 described, wherein the tubular body extends through the cavity of an injection molding tool. In order to prevent deformation of the tubular body during the injection molding process, an internal pressure is applied to the tubular body, which counteracts the injection molding pressure.

Nachteilig an dem Verfahren ist der nicht vorhandene Formschluss. Da es sich außerdem um einen umspritzten metallischen Formkörper handelt, wird die Fixierung des Spritzgussmaterials auch nicht durch einen Stoffschluss gewährleistet, sondern nur durch den Kraftschluss, der durch Schrumpfung des Kunststoffs entsteht und gegebenenfalls durch einer Klebung entsprechende Adhäsionskräfte. Weiterhin ist auch hier eine freie Positionierung des Spritzgussteils auf dem Grundkörper nicht möglich.A disadvantage of the method is the non-existing positive connection. Since it is also an overmolded metallic molded body, the fixation of the injection molding material is not guaranteed by a material connection, but only by the frictional connection, which is caused by shrinkage of the plastic and optionally by adhesion corresponding adhesion forces. Furthermore, a free positioning of the injection molded part on the base body is also not possible here.

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. Auch hier kann grundsätzlich ein Rohrhalbzeug zur Anwendung kommen. Es findet keine Umformung des Rohres statt.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. Again, in principle, a semi-finished tube can be used. There is no deformation of the pipe.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen aus Lasteinleitungselement und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischem Matrixmaterial und Strukturelemente anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass eine automatisierbare und effiziente Integration von Lasteinleitungselementen in endlosfaserverstärkte, endlos fertigbare Hohlprofile mit thermoplastischer Matrix zur werkstoff- und kraftflussgerechten Einleitung von axialen Kräften, Drehmomenten und/oder gegebenenfalls zusätzlich wirkenden Biegemomenten möglich ist. Außerdem soll eine formschlüssige und gegebenenfalls auch stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung eines endlos herstellbaren Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils mit einem kompakten Lasteinleitungselement zu einem Strukturelement ausgebildet werden, über das eine materialgerechte Einleitung von Lasten (Zug-/Druckkräfte, Drehmomenten und Biegemomenten oder eine Kombination aus diesen) geschaffen werden kann. Es soll ein Strukturelement aus Lasteinleitungselement und aus Funktionselement an Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlstrukturen geschaffen werden, wobei eine kombinierte automatisierbare Herstellung und eine positionsvariable form- und stoffschlüssige Anbindung von thermoplastischen Funktionselementen (Getriebebauteile, Hebel, Exzenter, Lagersitze) an/auf endlosfaserverstärkten, endlos oder diskontinuierlich hergestellten Hohlprofilen möglich sind.The invention is therefore based on the object of specifying a method for producing structural elements of load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile with thermoplastic matrix material and structural elements, which are designed so suitable that an automatable and efficient integration of load introduction elements in endless fiber reinforced, endless manufacturable Hollow profiles with a thermoplastic matrix for material and force flow appropriate introduction of axial forces, torques and / or possibly additional acting bending moments is possible. In addition, a positive and possibly also material and / or non-positive connection of an endlessly producible fiber-plastic composite hollow profile with a compact Load introduction element are formed into a structural element over which a material-appropriate introduction of loads (tensile / compressive forces, torques and bending moments or a combination of these) can be created. It is a structural element of load introduction element and functional element to fiber-plastic composite hollow structures are created, with a combined automatable production and a positionally variable positive and cohesive connection of thermoplastic functional elements (transmission components, levers, eccentric, bearing seats) on / on endless fiber reinforced, endless or discontinuously produced hollow profiles are possible.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2 und 6, 7 gelöst. Das Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen aus Lasteinleitungselement und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischem Matrixmaterial
umfasst gemäß Patentanspruch 1
zumindest folgende Schritte:

  • – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt versehenen Lasteinleitungselements in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs,
  • – Lokales Erwärmen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils bis zur Verformbarkeit des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils im Bereich des Hinterschnitts des Lasteinleitungselements,
  • – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs in ein Werkzeug, wobei die drei vorgenannten Schritte in unterschiedlich veränderter Abfolge durchgeführt werden können,
  • – Anspritzen des verformbaren Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils mit fließfähiger Spritzgussmasse im Werkzeug in den Bereich des Hinterschnitts des Lasteinleitungselements zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils, wobei die ausgebildeten Hinterschnitte des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils passgenau an die Hinterschnitte des Lasteinleitungselements zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind,
  • – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse zu mindestens einem in den Hinterschnitten des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils zur Ausbildung eines Formstücks und somit zu dem finalen Strukturelement,
  • – Entformen des finalen Strukturelements aus dem Werkzeug.
The object is solved by the features of claims 1, 2 and 6, 7. The process for the production of structural elements of load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile with thermoplastic matrix material
comprises according to claim 1
at least the following steps:
  • Inserting the load introduction element provided with at least one undercut into the fiber-plastic composite hollow profile to form a structural element semifinished product,
  • Local heating of the fiber-plastic composite hollow profile up to the deformability of the fiber-plastic composite hollow profile in the region of the undercut of the load introduction element,
  • Inserting the structural element semifinished product into a tool, wherein the three aforementioned steps can be carried out in differently modified sequence,
  • - Injection of the deformable fiber-plastic composite hollow profile with flowable injection molding compound in the tool in the region of the undercut of the load introduction element for forming at least one undercut of the fiber-plastic composite hollow profile, wherein the formed undercuts of the fiber-plastic composite hollow profile fit are joined to the undercuts of the load introduction element at least form-fitting to each other,
  • Solidification of the flowable injection molding compound to at least one in the undercuts of the fiber-plastic composite hollow profile to form a molding and thus to the final structural element,
  • - Removal of the final structural element from the tool.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen aus Lasteinleitungselement und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischem Matrixmaterial
umfasst gemäß Patentanspruch 2
zumindest folgende Schritte:

  • – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt versehenen Lasteinleitungselements in Form eines konturgebenden Elements in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs,
  • – Lokales Erwärmen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils bis zur Verformbarkeit des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils im Bereich des Hinterschnitts des konturgebenden Elements,
  • – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs in ein Werkzeug, wobei die drei vorgenannten Schritte in unterschiedlich veränderter Abfolge durchgeführt werden können,
  • – Anspritzen des verformbaren Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils mit fließfähiger Spritzgussmasse im Werkzeug in den Bereich des Hinterschnitts des konturgebenden Elements zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils, wobei die ausgebildeten Hinterschnitte des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils passgenau an die Hinterschnitte des konturgebenden Elements zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind,
  • – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse zu mindestens einem in den Hinterschnitten des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils ausgebildeten Funktionselement und somit zu dem finalen Strukturelement,
  • – Entformen des finalen Strukturelements aus dem Werkzeug.
Another method for the production of structural elements of load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile with thermoplastic matrix material
comprises according to claim 2
at least the following steps:
  • Inserting the load introduction element provided with at least one undercut in the form of a contouring element into the fiber-plastic composite hollow profile to form a structural element semifinished product,
  • Local heating of the fiber-plastic composite hollow profile up to the deformability of the fiber-plastic composite hollow profile in the region of the undercut of the contouring element,
  • Inserting the structural element semifinished product into a tool, wherein the three aforementioned steps can be carried out in differently modified sequence,
  • - Injection of the deformable fiber-plastic composite hollow profile with flowable injection molding compound in the tool in the region of the undercut of the contouring element to form at least one undercut of the fiber-plastic composite hollow profile, wherein the formed undercuts of the fiber-plastic composite hollow profile accurately fitted to the undercuts of the contouring element at least form-fitting together,
  • Solidification of the flowable injection molding compound to at least one functional element formed in the undercuts of the fiber-plastic composite hollow profile and thus to the final structural element,
  • - Removal of the final structural element from the tool.

Das Lasteinleitungselement kann innerhalb des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils gleichzeitig als konturgebendes und stützendes Element oder nach seiner Entfernung aus dem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil als nur im Herstellungsprozess notwendiges konturgebendes Element eingesetzt werden.The load introduction element can be used within the fiber-plastic composite hollow profile at the same time as contouring and supporting element or after its removal from the fiber-plastic composite hollow profile as only necessary in the manufacturing process contouring element.

Die Hinterschnitte können in axialer Richtung zur Hohlprofilachse und/oder in Umfangsrichtung ausgebildet sein.The undercuts may be formed in the axial direction to the hollow profile axis and / or in the circumferential direction.

Ein erstes Strukturelement, das zumindest ein Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischem Matrixmaterial enthält, kann mit einem der vorgenannten Verfahren hergestellt werden,
wobei es des Weiteren gemäß Patentanspruch 4 umfasst

  • – ein Lasteinleitungselement mit mindestens einem Hinterschnitt, wobei das Lasteinleitungselement in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil eingefügt ist,
  • – zumindest einen in den Hinterschnitt des Lasteinleitungselement passgenau anliegenden Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils in formschlüssiger Verbindung in Form eines Struktur-Halbzeuges,
  • – ein in den Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils eingreifendes und angespritztes Formstück, das aus einer unter Druck injizierten Schmelze einer Spritzgussmasse und nachfolgend erstarrten Spritzgussmasse besteht,
  • – wobei durch das Anspritzen der geschmolzenen Spritzgussmasse an den das Formstück stützenden Hinterschnitt eine form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils und dem erstarrten Formstück ausbildet und damit ein finales Strukturelement entsteht.
A first structural element, which contains at least one fiber-plastic composite hollow profile with thermoplastic matrix material, can be produced by one of the aforementioned methods,
wherein it further comprises according to claim 4
  • A load introduction element having at least one undercut, the load introduction element being inserted into the fiber-plastic composite hollow profile,
  • At least one undercut of the fiber-plastic composite hollow profile fitting in the undercut of the load introduction element in positive connection in the form of a structural semi-finished product,
  • - An engaging in the undercut of the fiber-plastic composite hollow profile and molded molding which consists of a pressure-injected melt of an injection molding compound and subsequently solidified injection molding compound,
  • - Wherein by injecting the molten injection molding material to the fitting supporting the undercut forms a positive or cohesive connection between the undercut of the fiber-plastic composite hollow profile and the solidified molding and thus creates a final structural element.

Ein zweites Strukturelement, zumindest hergestellt aus einem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischem Matrixmaterial und einem als Lasteinleitungslement ausgebildeten konturgebenden Element, umfasst gemäß Patentanspruch 5 zumindest

  • – wahlweise ein konturgebendes Element mit mindestens einem Hinterschnitt, wobei das konturgebende Element in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil eingefügt ist,
  • – zumindest einen in den Hinterschnitt des konturgebenden Elements passgenau anliegenden Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils in formschlüssiger Verbindung in Form eines Struktur-Halbzeuges,
  • – ein in den Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils eingreifendes und angespritztes Funktionselement, das aus einer unter Druck injizierten Schmelze einer Spritzgussmasse und nachfolgend erstarrten Spritzgussmasse besteht,
  • – wobei durch das Anspritzen der geschmolzenen Spritzgussmasse an den das Funktionselement stützenden Hinterschnitt eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils und dem erstarrten Funktionselement ausbildet und sich damit ein finales Strukturelement bildet.
A second structural element, at least made of a fiber-plastic composite hollow profile with thermoplastic matrix material and designed as Lasteinleitungslement contour-forming element, according to claim 5 at least
  • Optionally a contouring element having at least one undercut, the contouring element being inserted in the fiber-plastic composite hollow profile,
  • At least one undercut of the fiber-plastic composite hollow profile, which fits snugly in the undercut of the contouring element, in positive connection in the form of a structural semi-finished product,
  • A functional element which engages in the undercut of the fiber-plastic composite hollow profile and which consists of a melt injected under pressure of an injection molding compound and subsequently solidified injection molding compound,
  • - Wherein by injecting the molten injection molding material to the functional element supporting undercut forms a positive and / or cohesive connection between the undercut of the fiber-plastic composite hollow profile and the solidified functional element and thus forms a final structural element.

Das in den Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils erstarrte Formstück oder das erstarrte Funktionselement kann als Druckstück zur Stützung der ausgebildeten formschlüssigen Verbindung dienen.The solidified in the undercut of the fiber-plastic composite hollow profile or the solidified functional element can serve as a pressure piece to support the formed positive connection.

Das angespritzte und erstarrte Formstück kann dabei als ein Funktionselement ausgebildet sein, das in der Kavität des Werkzeugs ausgebildet worden ist.The molded and solidified fitting can be designed as a functional element that has been formed in the cavity of the tool.

Das Lasteinleitungselement und das konturgebundene Element können werkstoff- und kraftflussgerecht an das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil angebunden sein.The load introduction element and the contour-bound element can be connected to the fiber-plastic composite hollow profile in accordance with the material and force flow.

Die Hinterschnitte sind in Bezug auf die Belastung des finalen Strukturelements ausgeprägt.The undercuts are pronounced with respect to the load of the final structural element.

Die Spritzgussmasse kann eine geringe Dichte aufweisen.The injection molding compound may have a low density.

Das Lasteinleitungselement und das konturgebende Element können dünnwandig sein.The load introduction element and the contouring element may be thin-walled.

Bei verhältnismäßig glatter Oberfläche des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils kann eine die Bereiche der angespritzten Hinterschnitte zumindest verstärkende Lage oder insbesondere Hülse um das Formstück angebracht sein.With a relatively smooth surface of the fiber-plastic composite hollow profile, the regions of the molded undercuts at least reinforcing layer or in particular sleeve may be mounted around the molding.

Das Formstück und das Funktionselement können lokal mit Spritzgussmasse aus thermoplastischem Matrixmaterial angespritzt sein.The molded piece and the functional element may be molded locally with injection molding compound of thermoplastic matrix material.

Das Formstück kann in modifizierter Form als Funktionselement ausgebildet sein, wobei das Funktionselement im Bereich des Hinterschnitts des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils angespritzt ist, so dass zumindest eine formschlüssige Verbindung des Funktionselements am Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil vorhanden ist.The molded piece may be formed in a modified form as a functional element, wherein the functional element is molded in the region of the undercut of the fiber-plastic composite hollow profile, so that at least one positive connection of the functional element is present on the fiber-plastic composite hollow profile.

Das Lasteinleitungselement kann dabei als ein konturgebendes Element/Konturgebungs-Element/Hinterschnitt-Formelement sowie als Stützelement dienen.The load introduction element can serve as a contouring element / contouring element / undercut form element and as a support element.

Das Lasteinleitungselement und das konturgebende Element können aus festem Material z. B. aus Metall oder Kunststoff sein.The load introduction element and the contouring element can be made of solid material z. B. be made of metal or plastic.

Das konturgebende Element kann z. B. auch aus Sand oder aus einem lösbaren oder auswaschbaren Stoff sein und nach der Erstarrung des Funktionselements aus dem Faser-Kunststoff-Verbund(FKV)-Hohlprofil entfernbar sein.The contouring element can, for. Example, be made of sand or from a detachable or washable material and be removable after the solidification of the functional element of the fiber-plastic composite (FKV) hollow profile.

Im Folgenden wird noch das Wesentliche der erfindungsgemäßen Verfahren und Strukturelemente insbesondere zu Details erläutert. Das erfindungsgemäße Strukturelement wird insbesondere durch ein formschlüssig (und gegebenenfalls kraft- und stoffschlüssig) in das FKV-Hohlprofil eingebrachtes Lasteinleitungselement geschaffen, wobei das Lasteinleitungselement zumindest einen Hinterschnitt aufweist.In the following, the essence of the method and structural elements according to the invention will be explained in detail. The structural element according to the invention is created, in particular, by a load-introduction element introduced into the FKV hollow profile in a form-fitting manner (and, if appropriate, frictionally and cohesively), the load introduction element having at least one undercut.

Kern der Erfindung ist das Umformen zumindest eines Teils eines konsolidierten und lokal erwärmten faserverstärkten Hohlprofils in den Hinterschnitten eines Lasteinleitungselements durch mit Druck injizierte vorzugsweise thermoplastische Schmelze. Die Schmelze füllt dabei den Hinterschnitt aus und dient nach dem Erstarren als Druckstück zur Stützung eines Formschlusses zwischen Lasteinleitungselement und FKV-Hohlprofil.The core of the invention is the forming of at least part of a consolidated and locally heated fiber-reinforced hollow profile in the undercuts of a load introduction element by pressure-injected preferably thermoplastic melt. The melt fills out the undercut and is used after solidification as a pressure piece to support a positive connection between the load introduction element and FKV hollow profile.

Die Ausprägung der Hinterschnitte kann dabei an die Belastungen des Anwendungsfalles angepasst sein. Ein automatisierbarer Einbau des Lasteinleitungselements kann durch ein gezieltes lokales Verformen der Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlstruktur im Spritzgussverfahren erfolgen. Dazu wird das Faser-Kunststoff-Verbund-Profil lokal erwärmt, um eine Formbarkeit zu erreichen, und mit der bedruckten Spritzgussmasse in die Hinterschnitte des Lasteinleitungselements geformt. Bei Belastung der Verbindung kann ein radiales Aufweiten durch eine Hülse verhindert werden und so die formschlüssige Anbindung erhalten bleiben. Das für eine Verhinderung der Aufweitung notwendige passgenaue Formelement wird passgenau während des Umformvorgangs aus Spritzgussmasse erzeugt. The expression of the undercuts can be adapted to the loads of the application. An automated installation of the load introduction element can be carried out by targeted local deformation of the fiber-plastic composite hollow structure by injection molding. For this purpose, the fiber-plastic composite profile is locally heated to achieve a formability, and formed with the printed injection molding compound in the undercuts of the load introduction element. When loading the connection, a radial expansion can be prevented by a sleeve and thus preserve the positive connection. The necessary for preventing the expansion tailor-made form element is accurately produced during the forming of injection molding compound.

Durch das primären Umformen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils wird – je nach Abstimmung der Prozessparameter und der Geometrie des Lasteinleitungselements – lediglich eine genaue Anlage der beiden Fügepartner erzielt. Nach Anlegen einer mechanischen Last kann aufgrund von elastischen Dehnungen ein Hohlraum an dieser Anlagestelle entstehen. Diesem Effekt kann durch eine Vorspannung der Fügepartner begegnet werden. Eine Möglichkeit ist hier, in einem zweiten Prozessschritt Spritzgussmasse mit hohem Druck in diese Anlagestelle einzuspritzen. Dies bewirkt einen Fugendruck, der der gewünschten Vorspannung entspricht. Zudem kann – insbesondere bei Verwendung von metallischen Lasteinleitungselementen – so eine Zwischenschicht erzeugt werden, die das Faser-Kunststoff-Verbund-Profil und das Lasteinleitungselement voneinander isoliert und einer elektrochemischen Korrosion vorbeugt.Due to the primary reshaping of the fiber-plastic composite hollow profile, depending on the coordination of the process parameters and the geometry of the load introduction element, only a precise contact of the two joining partners is achieved. After applying a mechanical load, a cavity can arise at this contact point due to elastic strains. This effect can be counteracted by a bias of the joining partners. One possibility here is to inject injection molding compound at high pressure into this contact point in a second process step. This causes a joint pressure corresponding to the desired bias. In addition - especially when using metallic load introduction elements - so an intermediate layer can be generated, which isolates the fiber-plastic composite profile and the load introduction element from each other and prevents electrochemical corrosion.

Die Vorteile der Erfindung bezüglich der Verfahren bestehen in

  • – einem Umformen des Hohlprofils und Füllen des Hinterschnitts in einem Prozessschritt,
  • – einer Robustheit des Verfahrens gegenüber Toleranzabweichungen des Lasteinleitungselements im Vergleich zu starren Füllkörpern und einer Reduktion des notwendigen Fertigungsaufwandes für die Lasteinleitungselemente,
  • – einer Anformung der Lastleitungselemente ohne Werkzeuganpassungen an beliebig lange Hohlprofile,
  • – einer Variation einer Ausprägung des Hinterschnitts auf dem Lasteinleitungselements ohne Anpassungen am Werkzeug,
  • – einer Verwendung von endlos und damit effizient herstellbaren Hohlprofilen,
  • – einer Automatisierbarkeit der Herstellung von Strukturelementen mittels Integration von Lasteinleitungselementen in faserverstärkte Hohlprofile.
The advantages of the invention with respect to the method consist in
  • A forming of the hollow profile and filling of the undercut in a process step,
  • A robustness of the method in relation to tolerance deviations of the load introduction element in comparison to rigid packing and a reduction of the necessary production outlay for the load introduction elements,
  • - Anformung the load line elements without tool adjustments to arbitrarily long hollow sections,
  • A variation of an expression of the undercut on the load introduction element without adjustments to the tool,
  • - a use of endless and thus efficiently manufacturable hollow sections,
  • - An automation of the production of structural elements by integration of load introduction elements in fiber-reinforced hollow profiles.

Die Vorteile der Erfindung bezüglich eines Strukturelements bestehen in

  • – einer werkstoff- und kraftflussgerechten Anbindung des metallischen Lasteinleitungselements an das faserverstärkte Hohlprofil,
  • – einem minimalen zusätzlichen Bauraumbedarf,
  • – einer Anpassung der Ausprägung des Hinterschnitts an den Belastungszustand,
  • – einem sehr hohen Leichtbaupotential durch die geringe Dichte der Spritzgussmasse, die Verwendung dünnwandiger Lasteinleitungselemente, die Verwendung unidirektional verstärkter Verstärkungshülsen,
  • – einer lokalen Aufdickung des Formstücks, wodurch das volle Potential der ungestörten Tragstruktur genutzt werden kann, wobei die Lasteinleitungselemente individuell entsprechend den anzubindenden Komponenten angepasst werden können.
The advantages of the invention with respect to a structural element consist in
  • A connection of the metallic load introduction element to the fiber-reinforced hollow profile in accordance with the material and force flow,
  • - a minimal additional space requirement,
  • - an adaptation of the expression of the undercut to the load condition,
  • A very high lightweight potential due to the low density of the injection molding compound, the use of thin-walled load introduction elements, the use of unidirectionally reinforced reinforcing sleeves,
  • - A local thickening of the fitting, whereby the full potential of the undisturbed support structure can be used, the load introduction elements can be adjusted individually according to the components to be connected.

Die Erfindung befasst sich auch mit der Ausgestaltung und fertigungstechnologischen Umsetzung von Funktionselementen in einer Erweiterung der Anbindung der Formstücke als Funktionselemente. Je nach Ausprägung des Funktionselements werden axiale Lasten, Biegemomente und insbesondere Torsionsmomente in die lastfernübertragende Faserverbundstruktur bei weitgehendem Verzicht auf artfremde Werkstoffe wie etwa Stahl oder Titan in die Struktur eingeleitet. Das Funktionselement wird auf die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur angespritzt, wobei die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur lokal verformt an einer Stützstruktur anliegt. Der sich dabei zwischen Funktionselement und Hohlprofil ausbildende Hinterschnitt wird bei Belastung des Funktionselements zur formschlüssigen Übertragung von Kräften und Momenten genutzt, was eine formschlüssige Anbindung des Funktionselementes erlaubt (Spritzformen).The invention is also concerned with the design and production technology implementation of functional elements in an extension of the connection of the fittings as functional elements. Depending on the characteristics of the functional element, axial loads, bending moments and, in particular, torsional moments are introduced into the structure of the non-load-transmitting fiber composite structure while substantially dispensing with foreign materials such as steel or titanium. The functional element is molded onto the fiber-plastic composite structure, wherein the fiber-plastic composite structure locally deformed rests on a support structure. The thereby forming between the functional element and the hollow profile undercut is used under load of the functional element for the positive transmission of forces and moments, which allows a positive connection of the functional element (injection molding).

Dabei wird der Querschnitt des thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils/-Rohres während des Spritzformens lokal durch ein vorgegebenes konturgebundenes Formelement entsprechend dem mit mindestens einem Hinterschnitt konturierten Lasteinleitungselement gestützt. Dieses kann z. B. auch aus einer dünnen konturierten metallischen Hülse oder einem konturierten Kunststoffteil bestehen. In diesem Fall verbleibt das Stützelement nach der Fertigung im Hohlprofil. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von auswaschbaren Sandkernen oder aufblasbaren konturierten Kernen, wodurch das Stützelement nach dem Spritzformprozess entfernt werden kann. Durch eine vorgegebene innere Werkzeugkonstruktion können konturgebende Formelemente an vorgegebener Stelle eines vorgegeben langen Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils appliziert werden, wobei das Werkzeug selbst bei einer Veränderung des Randabstandes nicht geändert werden muss. Dadurch ist eine hohe Individualisierbarkeit von Wellen- oder Stabsystemen im Serienfertigungsprozess möglich.In this case, the cross-section of the thermoplastic fiber-plastic composite hollow profile / tube is locally supported during injection molding by a predetermined contour-bound form element corresponding to the contoured with at least one undercut load introduction element. This can be z. B. also consist of a thin contoured metallic sleeve or a contoured plastic part. In this case, the support element remains after production in the hollow profile. Another possibility is the use of washable sand cores or inflatable contoured cores, whereby the support element can be removed after the injection molding process. Contouring form elements can be applied at a predetermined location of a given long fiber-plastic composite hollow profile by a predetermined inner tool design, wherein the tool does not have to be changed even with a change in the edge distance. As a result, high customizability of shaft or rod systems in the series production process is possible.

Die vorliegende Erfindung beschreibt somit auch ein Verfahren zur Herstellung eines formschlüssig und stoffschlüssig angebundenen Funktionselements aus (faserverstärktem) thermoplastischem Kunststoff auf einem endlosfaserverstärkten Hohlprofil. The present invention thus also describes a method for producing a form-fitting and cohesively bonded functional element made of (fiber-reinforced) thermoplastic on a continuous fiber-reinforced hollow profile.

Das Funktionselement ist über eine hinterschnittige Kontur formschlüssig und gegebenenfalls zusätzlich kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Hohlprofil verbunden. Die Ausprägung der Hinterschnitte ist an die im Anwendungsfall vorliegende Belastung angepasst. Das konturgebundene Stützelement kann je nach Beschaffenheit nach dem Spritzprozess im Bauteil verbunden bleiben oder auch entfernt werden. Ein verbleibendes Stützelement z. B. in Form einer Metallhülse, stützt den Querschnitt des Hohlprofils zusätzlich und verbessert die mechanischen Eigenschaften des Lasteinleitungsbereichs. Abhängig von den auftretenden Lasten kann durch die Wahl eines vorgegebenen Stützelements der Leichtbaugrad gesteigert werden.The functional element is positively connected via an undercut contour and, if appropriate, additionally non-positively and / or materially connected to the hollow profile. The expression of the undercuts is adapted to the load present in the application. The contour-bound support element can remain connected or removed depending on the nature of the injection process in the component. A remaining support element z. B. in the form of a metal sleeve, supports the cross section of the hollow profile in addition and improves the mechanical properties of the load application area. Depending on the loads occurring, the lightweight design can be increased by the choice of a given support element.

In das erfindungsgemäße, mindestens ein Funktionselement enthaltende Strukturelement ist die Herstellung und Anbindung eines thermoplastischen Funktionselementes auf einem endlosfaserverstärkten Hohlprofil in einem Prozessschritt wesentlich, wobei das Funktionselement stoffschlüssig und, durch einen im Herstellungsprozess des Funktionselements entstehenden Hinterschnitt, formschlüssig mit dem Hohlprofil verbunden sein kann.In the inventive, at least one functional element-containing structural element is the production and connection of a thermoplastic functional element on an endless fiber reinforced hollow profile in a process step substantially, wherein the functional element cohesively and, by a resulting in the manufacturing process of the functional element undercut, can be positively connected to the hollow profile.

Die Vorteile der Erfindung bezüglich des das Funktionselement enthaltenden Strukturelements in Verbindung mit dem Hohlprofil bestehen in

  • – einer werkstoff- und kraftflussgerechten Anbindung des Funktionselements an die faserverstärkte Hohlstruktur,
  • – einer Anpassung der Ausprägung des Hinterschnitts an den Belastungszustand,
  • – einem sehr hohen Leichtbaupotential mit geringer Dichte der Spritzgussmasse, mit Verwendung dünnwandiger und wahlweise nachträglich entfernbarer formgebender Elemente, mit angepassten Eigenschaften durch Mehrkomponentenspritzguss, wobei keine zusätzlichen Fügeelemente notwendig sind,
  • – einer Nutzung des vollen Potenzials der ungestörten Tragstruktur durch lokale Aufdickung des Funktionselementbereichs,
  • – einem stoffgleichen Strukturelement aus Funktionselement und Hohlprofil, wobei daher reduzierte zusätzliche Herausforderungen in den Bereichen der Kontaktkorrosion sowie induzierten Spannungen in Folge von differierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten vorhanden sind.
The advantages of the invention with respect to the structural element containing the functional element in connection with the hollow profile consist in
  • A connection of the functional element to the fiber-reinforced hollow structure in accordance with the material and force flow,
  • - an adaptation of the expression of the undercut to the load condition,
  • A very high lightweight potential with low density of the injection molding compound, with use of thin-walled and optionally subsequently removable shaping elements, with adapted properties by multi-component injection molding, wherein no additional joining elements are necessary,
  • A utilization of the full potential of the undisturbed supporting structure by local thickening of the functional element area,
  • - A fabric-like structural element of functional element and hollow profile, which therefore reduced additional challenges in the areas of contact corrosion and induced stresses due to differing thermal expansion coefficients are present.

Die Vorteile des Verfahrens zur Herstellung von mindestens einem ein Funktionselement enthaltenden Strukturelement bestehen in

  • – einem Umformen des Hohlprofils und Erzeugen eines Funktionselements in einem Prozessschritt,
  • – einem Anspritzen der Funktionselemente ohne Werkzeuganpassungen an vorgegebener Stelle auf beliebig lange Hohlhalbzeuge,
  • – eine Variierung der Ausprägung des durch den Anspritzprozess entstehenden Hinterschnitts im Profil ohne Anpassungen am Außenwerkzeug, wobei nur das konturgebende Element angepasst werden muss,
  • – einer Verwendung von endlos und damit effizient herstellbaren Hohlprofil-Halbzeugen,
  • – einer hohen Automatisierbarkeit und einer gleichzeitigen Flexibilität bei der Integration von Funktionselementen in den Hinterschnitten des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils.
The advantages of the method for producing at least one structural element containing a functional element consist in
  • A forming of the hollow profile and producing a functional element in a process step,
  • - Injection of the functional elements without tool adjustments at a predetermined point on arbitrarily long hollow semi-finished products,
  • A variation in the shape of the undercut produced in the profile by the injection molding process without adjustments to the external tool, whereby only the contouring element has to be adapted,
  • A use of endless and thus efficiently producible hollow profile semi-finished products,
  • - A high degree of automation and a simultaneous flexibility in the integration of functional elements in the undercuts of the fiber-plastic composite hollow profile.

Weiterbildungen und zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.Further developments and additional advantageous embodiments of the invention are specified in further subclaims.

Die Erfindung wird mittels Ausführungsbeispielen anhand mehrerer Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:The invention will be described by means of exemplary embodiments with reference to several drawings. It shows:

1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Strukturelements aus einem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil mit thermoplastischer Matrix und aus einem abgeformten mit Hinterschnitten versehenen Lasteinleitungselement, wobei die 1a eine vergrößerte Längsschnitt-Darstellung zeigt, 1 a schematic representation of the structure of a structural element of a fiber-plastic composite hollow profile with a thermoplastic matrix and of a molded provided with undercut load introduction element, wherein the 1a an enlarged longitudinal sectional view shows

2 eine Querschnitt-Darstellung A-A des Strukturelements aus 1 und 1a, 2 a cross-sectional view of the structural element AA 1 and 1a .

3 einen ersten Verfahrensschritt: Erwärmen des faserverstärkten Hohlprofils, in dessen zylindrischen Freiraum ein mit Hinterschnitten versehenen Lasteinleitungselement vor Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs eingeschoben ist, vor dem Einschub in ein Werkzeug zur Durchführung des Spritzgussverfahrens, 3 a first method step: heating the fiber-reinforced hollow profile, in the cylindrical free space of which an undercut load introduction element is inserted before the formation of a structural element semifinished product, before insertion into a tool for carrying out the injection molding method,

4 einen zweiten Verfahrensschritt: Einlegen des erwärmten Strukturelement-Halbzeugs in das Werkzeug zur Ausführung des Spritzgussverfahrens, 4 a second method step: inserting the heated structural element semifinished product into the mold for carrying out the injection molding method,

5 einen dritten Verfahrensschritt: Anspritzen von Schmelze einer Spritzgussmasse über Kavitätsleitungen des Werkzeugs im Bereich der Hinterschnitte des Lasteinleitungselements und Umformen des erwärmten Strukturelement-Halbzeugs zum finalen Strukturelement mit haltendem Spritzgussmassen-Formstück, 5 a third process step: injection molding of melt of an injection molding compound via cavity lines of the tool in the region of the undercuts of the load introduction element and forming the heated structure element semifinished product to the final structural element with holding injection molding compound,

6 eine schematische Längsschnitt-Darstellung des Aufbaus eines Strukturelements aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlstruktur und aus einem angespritzten Funktionselement, 6 a schematic longitudinal sectional view of the structure of a structural element made of a fiber-plastic composite hollow structure and a molded-functional element,

7 eine Querschnitt-Darstellung A-A des Strukturelements nach 6, 7 a cross-sectional view AA of the structural element according to 6 .

8 einen ersten Verfahrensschritt des Prozesses zur Herstellung des Strukturelements nach 6 und 7: Erwärmen des Faser-Kunststoff-Verbund-Profils im Bereich der Hinterschnitte des als Stützelement eingeschobenen konturgebundenen Elements, wobei 8a einen Querschnitt B-B gemäß 8 zeigt, 8th a first process step of the process for producing the structural element according to 6 and 7 : Heating the fiber-plastic composite profile in the region of the undercuts of the inserted as a support element contour-bound element, wherein 8a a cross section BB according to 8th shows,

9 einen zweiten Verfahrensschritt des Prozesses zur Herstellung des Strukturelements: Einlegen des lokal erwärmten Strukturelement-Halbzeugs in den Anspritzbereich des Werkzeugs, 9 a second method step of the process for producing the structural element: inserting the locally heated structural element semifinished product into the injection region of the tool,

10 einen dritten Verfahrensschritt des Prozesses zur Herstellung des Strukturelements: Anspritzen des Funktionselements mit einer Schmelze der Spritzgussmasse und druckinduziertes Umformen des erwärmten Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils an die Hinterschnitte des stützenden konturgebenden Elements und Ausbildung des finalen Strukturelements in der dafür vorgesehenen Werkzeug-Kavität. 10 a third process step of the process for producing the structural element: injection molding of the functional element with a melt of the injection molding compound and pressure-induced deformation of the heated fiber-plastic composite hollow profile to the undercuts of the supporting contouring element and forming the final structural element in the tool cavity provided therefor.

In 1 ist in einer schematischen Darstellung der Aufbau eines Strukturelements 1, hergestellt aus einem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil 2 mit thermoplastischer Matrix – Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil – und aus einem abgeformten mit Hinterschnitten 6 versehenen Lasteinleitungselement 3, gezeigt, wobei die 1a eine vergrößerte Längsschnitt-Darstellung des Strukturelements 1 zeigt,In 1 is a schematic representation of the structure of a structural element 1 made of a fiber-plastic composite hollow profile 2 with thermoplastic matrix - fiber-thermoplastic composite hollow section - and from a molded with undercuts 6 provided load introduction element 3 , shown, wherein the 1a an enlarged longitudinal sectional view of the structural element 1 shows,

In 2 ist eine Querschnitt-Darstellung A-A des Strukturelements 1 nach 1 und 1a angegeben.In 2 is a cross-sectional view AA of the structural element 1 to 1 and 1a specified.

In 3 ist in einem ersten Verfahrensschritt: Erwärmen 26 des faserverstärkten Hohlprofils 2, in dessen zylindrischen Freiraum ein mit Hinterschnitten 6 versehenes Lasteinleitungselement 3 zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs 15 eingeschoben ist, vor dem Einschub in ein Werkzeug 10 zur nachfolgenden Durchführung des Spritzgussverfahrens gezeigt.In 3 is in a first process step: heating 26 of the fiber-reinforced hollow profile 2 , in whose cylindrical space one with undercuts 6 provided load introduction element 3 for the formation of a structural element semifinished product 15 is inserted before inserting into a tool 10 shown for subsequent implementation of the injection molding process.

Die 4 zeigt einen zweiten Verfahrensschritt: Einlegen 27 und Positionieren des erwärmten Strukturelement-Halbzeugs 15 in das Werkzeug 10 zur Ausführung des Spritzgussverfahrens.The 4 shows a second method step: insert 27 and positioning the heated structural element semifinished product 15 in the tool 10 to carry out the injection molding process.

In 5 ist ein dritter Verfahrensschritt: Anspritzen 28 von Spritzgussmasse 41 über Kavitätsleitungen 17 des Werkzeugs 10 im Bereich der Hinterschnitte 6 des Lasteinleitungselements 3 und Umformen des erwärmten Strukturelement-Halbzeugs 15 zum Strukturelement 1 mit halterndem Spritzgussmassen-Formstück 4 dargestellt.In 5 is a third process step: Injection 28 of injection molding compound 41 over cavity pipes 17 of the tool 10 in the area of the undercuts 6 of the load introduction element 3 and forming the heated structural element semifinished product 15 to the structural element 1 with a holding injection molding compound 4 shown.

Das Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements 1 aus einem Lasteinleitungselement 3 und aus einem Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 mit thermoplastischem Matrixmaterial,
umfasst zumindest folgende Schritte:

  • – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt 6 versehenen Lasteinleitungselements 3 in das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs 15,
  • – Lokales Erwärmen des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 bis zur Verformbarkeit des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 im Bereich des Hinterschnitts 6 des Lasteinleitungselements 3,
  • – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs 15 in ein Werkzeug 10, wobei die Abfolge der vorgenannten Schritte auch vertauscht sein kann,
  • – Anspritzen des verformbaren Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 mit fließfähiger vorzugsweise thermoplastischer Spritzgussmasse 41 im Werkzeug 10 in den Bereich des Hinterschnitts 6 des Lasteinleitungselements 3 zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2, wobei die ausgebildeten Hinterschnitte 13 Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 passgenau an die Hinterschnitte 6 des Lasteinleitungselements 3 zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind,
  • – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse 41 zu mindestens einem in den Hinterschnitten 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 ausgebildeten Formstück 4 und somit zu dem finalen Strukturelement 1,
  • – Entformen des finalen Strukturelements 1 aus dem Werkzeug 10.
The method for producing a structural element 1 from a load introduction element 3 and a fiber-thermoplastic composite hollow section 2 with thermoplastic matrix material,
includes at least the following steps:
  • - Insert the with at least one undercut 6 provided load introduction element 3 in the fiber-thermoplastic composite hollow section 2 for the formation of a structural element semifinished product 15 .
  • - Local heating of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 until the deformability of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 in the area of the undercut 6 of the load introduction element 3 .
  • - Inserting the structural element semifinished product 15 into a tool 10 wherein the sequence of the aforementioned steps may also be reversed,
  • - Injection of the deformable fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 with flowable preferably thermoplastic injection molding compound 41 in the tool 10 in the area of the undercut 6 of the load introduction element 3 for the formation of at least one undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 , where the formed undercuts 13 Fiber thermoplastic composite hollow profile 2 perfectly fitting to the undercuts 6 of the load introduction element 3 at least positively connected to each other,
  • - Solidification of the flowable injection molding compound 41 at least one in the undercuts 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 trained fitting 4 and thus to the final structural element 1 .
  • - Removal of the final structural element 1 from the tool 10 ,

Das Lasteinleitungselement 3 innerhalb des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 kann gleichzeitig als konturgebendes und stützendes Element/Hinterschnitt-Formelement eingesetzt werden.The load introduction element 3 within the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 can be used simultaneously as contouring and supporting element / undercut-form element.

Das erste Strukturelement 1 enthält zumindest ein Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 mit thermoplastischem Matrixmaterial und ist nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt und umfasst des Weiteren

  • ein Lasteinleitungselement 3 mit mindestens einem Hinterschnitt 6, wobei das Lasteinleitungselement 3 in das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 eingefügt ist,
  • – zumindest einen in den Hinterschnitt 6 des Lasteinleitungselement 3 passgenau anliegenden Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 in formschlüssiger Verbindung in Form eines Struktur-Halbzeuges 15,
  • – ein in den Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 eingreifendes und angespritztes Formstück 4, das aus einer unter Druck injizierten vorzugsweise thermoplastischen Schmelze einer Spritzgussmasse 41 und nachfolgend erstarrten Spritzgussmasse 41 besteht,
  • – wobei durch das Anspritzen 28 der geschmolzenen Spritzgussmasse 41 an den das Formstück 4 stützenden Hinterschnitt 13 eine form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 und dem erstarrten Formstück 4 ausbildet und damit ein finales Strukturelement 1 entsteht.
The first structural element 1 contains at least one fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 with thermoplastic matrix material and is produced by the aforementioned method and further comprises
  • - A load introduction element 3 with at least one undercut 6 , wherein the load introduction element 3 in the fiber-thermoplastic composite hollow section 2 is inserted,
  • - at least one in the undercut 6 the load introduction element 3 precisely fitting undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 in positive connection in the form of a structural semi-finished product 15 .
  • - one in the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 engaging and molded fitting 4 consisting of a preferably thermoplastic melt injected under pressure of an injection molding compound 41 and subsequently solidified injection molding compound 41 consists,
  • - Wherein by the injection molding 28 the molten injection molding compound 41 to the fitting 4 supporting undercut 13 a positive or cohesive connection between the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 and the solidified fitting 4 forms and thus a final structural element 1 arises.

Das in den Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 erstarrte Formstück 4 mit thermoplastischem Matrixmaterial kann als Druckstück zur Stützung der ausgebildeten formschlüssigen Verbindung dienen.That in the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 solidified fitting 4 with thermoplastic matrix material can serve as a pressure piece to support the formed positive connection.

Das Lasteinleitungselement 3 kann werkstoff- und kraftflussgerecht an das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 angebunden sein.The load introduction element 3 can be adjusted to the fiber-thermoplastic composite hollow profile in accordance with material and force flow 2 be connected.

Die Hinterschnitte 6 und 13 können in Bezug auf die Belastung 29 des finalen Strukturelements 1 ausgeprägt sein.The undercuts 6 and 13 can in terms of burden 29 of the final structural element 1 Be pronounced.

Die Spritzgussmasse 41 kann eine geringe Dichte aufweisen.The injection molding compound 41 may have a low density.

Das Lasteinleitungselement 3 kann dünnwandig ausgebildet sein.The load introduction element 3 can be thin-walled.

Bei vorgegebener verhältnismäßig glatter Oberfläche des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 kann eine die Bereiche der angespritzten Hinterschnitte 13 verstärkende Hülse 7 um das Formstück 4 angebracht sein.For a given relatively smooth surface of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 can one the areas of the molded undercuts 13 reinforcing sleeve 7 around the fitting 4 to be appropriate.

Das Formstück 4 kann lokal mit Spritzgussmasse 41 angespritzt sein.The fitting 4 Can be made locally with injection molding compound 41 be sprayed.

Das Lasteinleitungselement 3 kann z. B. aus Metall oder Kunststoff sein.The load introduction element 3 can z. B. be made of metal or plastic.

Das in den 1 bis 5 dargestellte eingesetzte 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 kann an die Belastungen des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden. Bei vorwiegend zug- und druckbelasteten Hohlprofilen 2 sind die Verstärkungsfasern vorwiegend axial orientiert. Bei vorwiegend torsionsbelasteten Hohlprofilen 2 sind die Verstärkungsfasern vorwiegend im Winkel von 45° orientiert. Die Hohlprofile 2 können kontinuierlich, z. B. in einem Pultrusionsverfahren, oder diskontinuierlich, z. B. in einem Schlauchblasverfahren, hergestellt werden. Sie können einen konstanten, aber auch einen über die Länge des Hohlprofils 2 variierenden Querschnitt aufweisen, wie in 2 gezeigt ist, die einen Querschnitt A-A des hergestellten Strukturelements 1 nach 1 darstellt.That in the 1 to 5 shown inserted 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 can be adapted to the loads of the particular application. For predominantly tensile and pressure loaded hollow sections 2 the reinforcing fibers are predominantly axially oriented. For predominantly torsionally loaded hollow profiles 2 the reinforcing fibers are oriented predominantly at an angle of 45 °. The hollow profiles 2 can be continuous, z. B. in a pultrusion process, or discontinuously, for. B. in a Schlauchblasverfahren. You can have a constant, but also one over the length of the hollow section 2 have varying cross section, as in 2 is shown, which has a cross section AA of the manufactured structural element 1 to 1 represents.

Es kann eine zusätzliche Armierung des Hohlprofils 2 vorgenommen werden.It can be an additional reinforcement of the hollow profile 2 be made.

Es besteht die Möglichkeit, das Hohlprofil 2 im Bereich der Hinterschnitte 6 des Lasteinleitungselements mit mindestens einer zusätzlichen Lage 14 zu verstärken, so dass ein Versagen in den ungestörten Bereich des Hohlprofils 2 verlagert wird und somit die Tragfähigkeit des Hohlprofils 2 voll ausgeschöpft werden kann. Die Lage 14 kann in der Aufheizphase des Einbaus des Lasteinleitungselements 3 mit aufgewärmt und während des Anspritzvorgangs stoffschlüssig mit dem Hohlprofil 2 verbunden werden wie in 1 gezeigt ist.There is the possibility of the hollow profile 2 in the area of the undercuts 6 the load introduction element with at least one additional layer 14 reinforce, causing a failure in the undisturbed area of the hollow section 2 is shifted and thus the carrying capacity of the hollow profile 2 can be fully exploited. The location 14 can during the heating phase of the installation of the load introduction element 3 with warmed up and during the Anspritzvorgangs cohesively with the hollow profile 2 be connected as in 1 is shown.

Im Folgenden wird das Lasteinleitungselement 3 näher beschrieben. Das Lasteinleitungselement 3 kann aus festem Material, z. B. aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sein. Vorzugsweise ist ein hydrogeformtes metallisches Rohrstück vorgesehen. Die geometrische Form des Lasteinleitungselements 3 kann so gewählt werden, dass eine möglichst gleichförmige Lastübertragung vom Lasteinleitungselement 3 zum faserverstärkten Hohlprofil 2 erfolgt. Dabei können sowohl die Wandstärken als auch die Ausprägung von mindestens einem Hinterschnitt 6 angepasst werden. Je nach Belastung 29, wie in 1 gezeigt ist, können die Hinterschnitte 6 in axialer Richtung, tangentialer Richtung oder einer Kombination aus beiden Richtungen vorgesehen sein. Bei der Gestaltung der Hinterschnitte 6 ist das Verformungspotenzial der umzuformenden Hohlhalbzeuge 2 und 3 zu berücksichtigen. Als angepasste Hinterschnittgeometrie haben sich Hyperzykloide erwiesen, deren Umfang dem Umfang des ungestörten Hohlprofils 2 entspricht, so dass das faserverstärkte Hohlprofil 2 in diesem Bereich umgeformt, aber nicht gestreckt oder gestaucht werden muss. Um bei Belastung eine Relativbewegung zwischen dem Lasteinleitungselement 3 und dem Spritzgussmasse-Formstück 4 zu erschweren, kann die Oberfläche des Lasteinleitungselements 3 zusätzlich strukturiert werden. Zur Weiterleitung der Lasten kann das Lasteinleitungselement 3 je nach Anwendungsfall, z. B. mit einem Innengewinde oder einem Außengewinde, einem Flansch oder einem Auge ausgeführt werden.The following is the load introduction element 3 described in more detail. The load introduction element 3 can be made of solid material, eg. B. be formed of metal or plastic. Preferably, a hydroformed metallic pipe section is provided. The geometric shape of the load introduction element 3 can be chosen so that the most uniform load transfer from the load introduction element 3 to the fiber-reinforced hollow profile 2 he follows. In this case, both the wall thicknesses and the expression of at least one undercut 6 be adjusted. Depending on the load 29 , as in 1 The undercuts can be shown 6 be provided in the axial direction, tangential direction or a combination of two directions. When designing the undercuts 6 is the deformation potential of the hollow semi-finished products to be formed 2 and 3 to take into account. As adjusted undercut geometry Hyperzykloide have proven, the extent of the circumference of the undisturbed hollow profile 2 corresponds, so that the fiber-reinforced hollow profile 2 formed in this area, but does not need to be stretched or compressed. To load a relative movement between the load introduction element 3 and the injection molding compound 4 To complicate, the surface of the load introduction element 3 additionally structured. For forwarding the loads, the load introduction element 3 depending on the application, z. B. with an internal thread or an external thread, a flange or an eye.

Im Folgenden wird die eingesetzte Spritzgussmasse 41 näher charakterisiert: Die Spritzgussmasse 41 kann dem Matrixmaterial des Hohlprofils 2 entsprechen. Je nach Materialkombination kann die Spritzgussmasse 41 nach der Erstarrung stoffschlüssig an das Hohlprofil 2 anbinden. Im Herstellungsprozess wird die Spritzgussmasse 41 zur Umformung des Verbund-Hohlprofils 2 genutzt. Vorteilhaft ist dabei, dass sich die Spritzgussmasse 41 an die Geometrie der Hinterschnitte 6 anpasst und somit eine Variation der Hinterschnittgeometrie ohne Anpassungen am Spritzgussmasse-Werkzeug 10 erfolgen kann.The following is the injection molding compound used 41 further characterized: the injection molding compound 41 can the matrix material of the hollow profile 2 correspond. Depending on the combination of materials, the injection molding compound 41 after solidification cohesively to the hollow profile 2 tie. In the manufacturing process, the injection molding compound 41 for forming the composite hollow profile 2 used. It is advantageous that the injection molding compound 41 to the geometry of the undercuts 6 adapts and thus a variation of the undercut geometry without adjustments to the injection molding compound tool 10 can be done.

Zum Einsatz einer Hülse 7 über dem Bereich der Hinterschnitte 6 beim ersten Strukturelement 1 wird Folgendes angegeben:
Eine steife Hülse 7 verhindert eine Aufweitung des Lasteinleitungselements 3 in radialer Richtung und gewährleistet so die formschlüssige Lastübertragung auch bei hohen Lasten. Die Hülse 7 hat hohe tangentiale Steifigkeiten, um die radiale Aufweitung zu minimieren. Die Hülse 7 kann sowohl metallisch als auch aus einem Faserverbund ausgeführt werden. Für eine Faserverbundhülse 7 eignen sich besonders steile Faserwinkel in Bezug auf die Längsachse des Hohlprofils 2 (Umfangslagen). Zur radialen Vorspannung der Fügeverbindung kann die Hülse 7 auf die zylindrisch oder konisch ausgeführte Außenfläche 8 des Formstücks 4 mit der Spritzgussmasse 41 aufgepresst werden.
To use a sleeve 7 above the area of the undercuts 6 at the first structural element 1 the following is indicated:
A stiff sleeve 7 prevents expansion of the load introduction element 3 in the radial direction and thus ensures the positive load transfer even at high loads. The sleeve 7 has high tangential stiffnesses to minimize radial expansion. The sleeve 7 can be made both metallic and from a fiber composite. For a fiber composite sleeve 7 Particularly steep fiber angles are suitable with respect to the longitudinal axis of the hollow profile 2 (Peripheral positions). For radial bias of the joint connection, the sleeve 7 on the cylindrical or conical outer surface 8th of the fitting 4 with the injection molding compound 41 be pressed on.

Bei Belastung des Lasteinleitungsbereiches werden die Lasten vom Hohlprofil 2 formschlüssig (gegebenenfalls zusätzlich stoff- und kraftschlüssig) über Hinterschnitte 6 in das Lasteinleitungselement 3 übertragen. Die radiale Aufweitung des Anbindungsbereiches 16 wird über die Spritzgussmasse 41 des Formstücks 4 und die Hülse 7 verhindert. Durch das primären Umformen des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 kann – je nach Abstimmung der Prozessparameter und der Geometrie des Lasteinleitungselements 2 – lediglich eine Anlagestelle der beiden Fügepartner erzielt werden, wobei nach Anlegen einer mechanischen Belastung 29 aufgrund von elastischen Dehnungen ein Hohlraum an der Anlagestelle sowie eine Vorspannung entstehen, wobei in einem weiteren Schritt einer Einspritzung von fließfähiger Spritzgussmasse 41 mit hohem Druck in die Anlagestelle einen Fugendruck erzeugt, der der Vorspannung entspricht und wobei die entstehende Zwischenschicht das Faser-Thermoplast-Verbund-Profil 2 und das Lasteinleitungselement 3 voneinander isoliert und einer elektrochemischen Korrosion vorbeugt.When loading the load introduction area, the loads from the hollow profile 2 positive (optionally additionally material and non-positive) over undercuts 6 in the load introduction element 3 transfer. The radial expansion of the connection area 16 is about the injection molding compound 41 of the fitting 4 and the sleeve 7 prevented. By the primary reshaping of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 can - depending on the coordination of the process parameters and the geometry of the load introduction element 2 - Only one contact point of the two joining partners are achieved, wherein after applying a mechanical load 29 due to elastic strains a cavity at the contact point as well as a bias arise, wherein in a further step, an injection of flowable injection molding compound 41 produced at high pressure in the contact point a joint pressure corresponding to the bias and wherein the resulting intermediate layer, the fiber-thermoplastic composite profile 2 and the load introduction element 3 isolated from each other and prevents electrochemical corrosion.

Im Folgenden werden die Verfahrensschritte im Detail näher erläutert:The method steps are explained in greater detail below:

Schritt 1:Step 1:

Das vollkonsolidierte Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 wird im Bereich der Lasteinleitung gemäß 3 lokal erwärmt, um das Thermoplast-Matrixmaterial lokal zu erwärmen und so das Umformen des Verbundmaterials zu ermöglichen. Die Erwärmung 26 kann auf unterschiedliche Arten erfolgen (Heißgas, Infrarot, Induktion, Mikrowelle). Das Lasteinleitungselement 3 kann ebenfalls vorgewärmt werden, um nach dem Einführen des Lasteinleitungselements 3 in das Verbund-Hohlprofil 2 die Wärmeableitung zu reduzieren und die Verformbarkeit des Hohlprofils 2 zu erhalten.The fully consolidated fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 is in the range of load application according to 3 locally heated to locally heat the thermoplastic matrix material to allow reshaping of the composite material. The warming 26 can be done in different ways (hot gas, infrared, induction, microwave). The load introduction element 3 may also be preheated to after insertion of the load introduction element 3 in the composite hollow profile 2 to reduce the heat dissipation and the deformability of the hollow section 2 to obtain.

Schritt 2:Step 2:

Positionieren des Lasteinleitungselements 3 in den vorgesehenen Umformbereich 11 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 zur Ausbildung des Strukturelement-Halbzeugs 15 sowie Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs 15 aus Lasteinleitungselement 3 und Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 mit lokal erweichtem Umformbereich 11 in das Spritzgusswerkzeug 10 mit zugehörigen inneren Kavitätsleitungen 17 gemäß 4.Positioning the load introduction element 3 in the intended forming area 11 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 for the formation of the structural element semifinished product 15 and inserting the structural element semifinished product 15 from load introduction element 3 and fiber-thermoplastic composite hollow section 2 with locally softened forming area 11 in the injection mold 10 with associated inner Kavitätsleitungen 17 according to 4 ,

Schritt 3:Step 3:

Das Formstück 4 wird mit der geschmolzenen Spritzgussmasse 41 von außen über die Kavitätsleitungen 17 auf das noch warme Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil gemäß 5 gespritzt. Durch den Druck p der Spritzgussmasse 41 aus einer an das Werkzeug 10 angeschlossenen Spritzgusseinheit 18 formt sich das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 des Strukturelement-Halbzeugs 15 in den Hinterschnitten 6 des Lasteinleitungselements 3 und wird auf die Außenoberfläche 5 des Lasteinleitungselements 3 gepresst und es bildet selbst Hinterschnitte 13. Die sich auf der Außenseite 12 der Lage 14 oder des Hohlprofils 2 bildenden Hinterschnitte 13 werden mit der geschmolzenen Spritzgussmasse 41 gefüllt. Nach dem Erstarren der Spritzgussmasse 41 kann das umgeformte Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 mit dem angeformten Lasteinleitungselement 3 als Strukturelement 1 dem Werkzeug 10 entnommen werden. Dazu wird das Werkzeug 10 geöffnet.The fitting 4 comes with the molten injection molding compound 41 from the outside via the cavity pipes 17 on the still warm fiber-thermoplastic composite hollow profile according to 5 injected. By the pressure p of the injection molding compound 41 from one to the tool 10 connected injection unit 18 Forms the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 of the structural element semifinished product 15 in the undercuts 6 of the load introduction element 3 and gets on the outside surface 5 of the load introduction element 3 pressed and it forms even undercuts 13 , Which is on the outside 12 the situation 14 or the hollow profile 2 forming undercuts 13 be with the molten injection molding compound 41 filled. After solidification of the injection molding compound 41 can the reshaped fiber-thermoplastic composite hollow section 2 with the molded load introduction element 3 as a structural element 1 the tool 10 be removed. This is the tool 10 open.

Schritt 4:Step 4:

Auf die Außenkontur 8 des Formstücks 4 mit der angespritzten Spritzgussmasse 41 kann eine Verstärkungshülse 7 aufgebracht/gezogen werden. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Verstärkungshülse 7 direkt mit in das Werkzeug 10 zu legen und die Spritzgussmasse 41 zwischen die Hülse 7 und das Hohlprofil 2 zu spritzen. Um den Verbindungsbereich vorzuspannen, kann die Verstärkungshülse 7 auch aufgepresst werden. Dazu eignen sich besonders eine leicht konisch ausgeprägte Außenkontur 8 der angespritzten Spritzgussmasse 41 und eine konisch ausgebildete Hülse 7.On the outer contour 8th of the fitting 4 with the injected injection molding compound 41 can be a reinforcing sleeve 7 be applied / pulled. Alternatively, it is also possible, the reinforcing sleeve 7 directly into the tool 10 to lay and the injection molding compound 41 between the sleeve 7 and the hollow profile 2 to inject. To bias the connection area, the reinforcing sleeve 7 also be pressed. These are particularly suitable for a slightly conical outer contour 8th the molded injection molding compound 41 and a conical sleeve 7 ,

In einem weiteren industriell bedeutsamen Ausführungsbeispiel kann das Strukturelement 1 als ein modifiziertes zweites Strukturelement 20 anwendungs- und funktionsbezogen realisiert werden. Anstelle des teilweise in den Hinterschnitten 13 des Hohlprofils 2 befindlichen Formstücks 4 kann ein Funktionselement 42 in Verbindung mit einem faserverstärkten Hohlprofil 21 und einem als Lasteinleitungselement stützenden konturgebenden Element 31 gebracht werden. In a further industrially significant embodiment, the structural element 1 as a modified second structural element 20 realized application and function related. Instead of partially in the undercuts 13 of the hollow profile 2 located fitting 4 can be a functional element 42 in conjunction with a fiber-reinforced hollow profile 21 and a contouring element supporting a load introduction element 31 to be brought.

Die 6 zeigt eine schematische Längsschnitt-Darstellung des Aufbaus eines Strukturelements 20 aus einem Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 aus einem angespritzten Funktionselement 42 und aus einem Lasteinleitungselement 31, das als ein konturgebendes Element mit Hinterschnitten 6 ausgebildet ist.The 6 shows a schematic longitudinal sectional view of the structure of a structural element 20 from a fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 from a molded functional element 42 and from a load introduction element 31 as a contouring element with undercuts 6 is trained.

In 7 ist eine Querschnitt-Darstellung A-A des Strukturelements 20 nach 6 angegeben.In 7 is a cross-sectional view AA of the structural element 20 to 6 specified.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Strukturelements 20 aus Lasteinleitungselement 3 und Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 mit thermoplastischem Matrixmaterial
umfasst zumindest folgende Schritte:

  • – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt 6 versehenen Lasteinleitungselements 3 in Form eines konturgebenden Elements 31 in das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs 15,
  • – Lokales Erwärmen des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 bis zur Verformbarkeit des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 im Bereich des Hinterschnitts des konturgebenden Elements 31,
  • – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs 15 in ein Werkzeug 10, wobei die Abfolge der genannten Schritte unterschiedlich sein kann,
  • – Anspritzen des verformbaren Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 mit fließfähiger Spritzgussmasse 41 im Werkzeug 31 in den Bereich des Hinterschnitts des konturgebenden Elements 31 zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21, wobei die ausgebildeten Hinterschnitte 13 Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 passgenau an die Hinterschnitte 6 des konturgebenden Elements 31 zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind,
  • – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse 41 zu mindestens einem in den Hinterschnitten 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 2 zur Ausbildung eines Funktionselements 42 und somit zu dem finalen Strukturelement 20,
  • – Entformen des finalen Strukturelements 20 aus dem Werkzeug 10.
Another method for producing the structural element 20 from load introduction element 3 and fiber-thermoplastic composite hollow section 21 with thermoplastic matrix material
includes at least the following steps:
  • - Insert the with at least one undercut 6 provided load introduction element 3 in the form of a contouring element 31 in the fiber-thermoplastic composite hollow section 21 for the formation of a structural element semifinished product 15 .
  • - Local heating of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 until the deformability of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 in the area of the undercut of the contouring element 31 .
  • - Inserting the structural element semifinished product 15 into a tool 10 where the sequence of said steps may be different,
  • - Injection of the deformable fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 with flowable injection molding compound 41 in the tool 31 in the area of the undercut of the contouring element 31 for the formation of at least one undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 , where the formed undercuts 13 Fiber thermoplastic composite hollow profile 21 perfectly fitting to the undercuts 6 of the contouring element 31 at least positively connected to each other,
  • - Solidification of the flowable injection molding compound 41 at least one in the undercuts 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 2 for forming a functional element 42 and thus to the final structural element 20 .
  • - Removal of the final structural element 20 from the tool 10 ,

Das Lasteinleitungselement 3 kann innerhalb des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 gleichzeitig als konturgebendes und stützendes Element 31 oder nach seiner Entfernung aus dem Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 als nur konturgebendes Element 31 oder Konturgebungs-Element bzw. Hinterschnitt-Formelement eingesetzt werden.The load introduction element 3 can be within the fiber-thermoplastic composite hollow section 21 at the same time as a contouring and supporting element 31 or after its removal from the fiber-thermoplastic composite hollow section 21 as only contouring element 31 or contouring element or undercut form element are used.

Das zweite erfindungsgemäße Strukturelement 20 ist zumindest aus einem Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 mit thermoplastischem Matrixmaterial und einem als Lasteinleitungslement ausgebildeten konturgebenden Element 31 nach einem vorgenannten Verfahren hergestellt und umfasst des Weiteren

  • – wahlweise ein konturgebendes Element 31 mit mindestens einem Hinterschnitt 6, wobei das konturgebende Element 31 in das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 eingefügt ist,
  • – zumindest einen im Hinterschnitt 6 des konturgebenden Elements 31 passgenau anliegenden Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 in formschlüssiger Verbindung in Form eines Struktur-Halbzeuges 15,
  • – ein in den Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 eingreifendes und angespritztes Funktionselement 42, das aus einer unter Druck injizierten thermoplastischen Schmelze einer Spritzgussmasse 41 und nachfolgend erstarrten Spritzgussmasse 41 besteht,
  • – wobei durch das Anspritzen 28 der geschmolzenen Spritzgussmasse 41 an den das Funktionselement 42 stützenden Hinterschnitt 13 eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 und dem erstarrten Funktionselement 42 ausbildet und sich damit ein finales Strukturelement 20 bildet.
The second structural element according to the invention 20 is at least a fiber-thermoplastic composite hollow section 21 with thermoplastic matrix material and a contouring element designed as a load introduction element 31 prepared according to an aforementioned method and further comprises
  • - Optionally, a contouring element 31 with at least one undercut 6 , where the contouring element 31 in the fiber-thermoplastic composite hollow section 21 is inserted,
  • - at least one undercut 6 of the contouring element 31 precisely fitting undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 in positive connection in the form of a structural semi-finished product 15 .
  • - one in the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 engaging and molded functional element 42 consisting of a pressure-injected thermoplastic melt of an injection molding compound 41 and subsequently solidified injection molding compound 41 consists,
  • - Wherein by the injection molding 28 the molten injection molding compound 41 to the the functional element 42 supporting undercut 13 a positive and / or material connection between the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 and the solidified functional element 42 trains and thus becomes a final structural element 20 forms.

Das in den Hinterschnitt 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 erstarrte Funktionselement 42 kann als Druckstück zur Stützung der ausgebildeten formschlüssigen Verbindung dienen.That in the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 solidified functional element 42 can serve as a pressure piece to support the trained positive connection.

Das angespritzte und erstarrte Formstück 4 kann als ein Funktionselement 42 ausgebildet sein, das in der Kavität 23 des Werkzeugs 10 ausgebildet ist.The molded and solidified fitting 4 can as a functional element 42 be formed in the cavity 23 of the tool 10 is trained.

Das konturgebundene Element 31 kann werkstoff- und kraftflussgerecht an das Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 2 angebunden sein.The contour-bound element 31 can be adjusted to the fiber-thermoplastic composite hollow profile in accordance with material and force flow 2 be connected.

Die Hinterschnitte 6 und 13 können in Bezug auf die Belastung 29 des finalen Strukturelements 20 ausgeprägt sein.The undercuts 6 and 13 can in terms of burden 29 of the final structural element 20 Be pronounced.

Die Spritzgussmasse 41 kann eine geringe Dichte aufweisen.The injection molding compound 41 may have a low density.

Das konturgebende Element 31 kann dünnwandig ausgebildet sein. The contouring element 31 can be thin-walled.

Das Funktionselement 42 kann lokal mit Spritzgussmasse 41 aufgedrückt sein.The functional element 42 Can be made locally with injection molding compound 41 be impressed.

Das Formstück 4 kann als Funktionselement 42 ausgebildet sein, wobei das Funktionselement 42 im Bereich des Hinterschnitts 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 angespritzt ist, so dass zumindest eine formschlüssige Verbindung des Funktionselements 42 am Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 vorhanden ist.The fitting 4 can as a functional element 42 be formed, wherein the functional element 42 in the area of the undercut 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 is injection-molded, so that at least one positive connection of the functional element 42 on fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 is available.

Das Lasteinleitungselement 3 kann ein konturgebendes Element 31 sein und als Stützelement dienen.The load introduction element 3 can be a contouring element 31 be and serve as a support element.

Das konturgebende Element 31 kann aus Metall oder Kunststoff sein.The contouring element 31 can be made of metal or plastic.

Das konturgebende Element 31 kann aber auch z. B. aus Sand oder aus einem lösbaren/auswaschbaren Stoff sein und nach der Erstarrung des Funktionselements 42 aus dem Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 entfernt werden.The contouring element 31 but also z. B. from sand or from a detachable / washable material and after the solidification of the functional element 42 from the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 be removed.

Die 8 stellt einen ersten Verfahrensschritt des Prozesses zur Herstellung des Strukturelements 20: Erwärmen 26 des FTV-Profils 21 im Bereich der Hinterschnitte 6 des als Stützelement eingeschobenen konturgebundenen Elements 31 dar, wobei 8a einen Querschnitt B-B mit einem Kontureinleger 24 zur Ausbildung der Kontur des Funktionselements 42 gemäß 8 zeigt.The 8th represents a first process step of the process for the production of the structural element 20 : Heating 26 of the FTV profile 21 in the area of the undercuts 6 of the inserted as a support element contour-bound element 31 where 8a a cross section BB with an outline insert 24 for forming the contour of the functional element 42 according to 8th shows.

In 9 ist ein zweiter Verfahrensschritt des Prozesses zur Herstellung des Strukturelements 20: Einlegen 27 und Positionieren des erwärmten Strukturelement-Halbzeugs 15 in den Anspritzhohlraum/der Kavität 23 des Werkzeugs 10 dargestellt.In 9 is a second process step of the process for producing the structural element 20 : Insert 27 and positioning the heated structural element semifinished product 15 in the Anspritzhohlraum / the cavity 23 of the tool 10 shown.

Die 10 zeigt einen dritten wesentlichen Verfahrensschritt des Prozesses zur Herstellung des zweiten Strukturelements 20: Anspritzen 28 des Funktionselements 42 und Umformen des erwärmten FTV-Hohlprofils 21 in die Hinterschnitte 6 des stützenden konturgebenden Elements 31 und Ausbildung des Funktionselements 42 in der Werkzeug-Kavität 23.The 10 shows a third essential process step of the process for producing the second structural element 20 : Injection 28 of the functional element 42 and forming the heated FTV hollow profile 21 in the undercuts 6 of the supporting contouring element 31 and training of the functional element 42 in the tool cavity 23 ,

Zu Schritt 1:To step 1:

Es erfolgt gemäß 8 eine lokale Erwärmung 26 des faserverstärkten thermoplastischen Profils 21 in einer Heizzone 22 oberhalb der Schmelztemperatur des Thermoplasts 41 in dem zur Anspritzung vorgesehenen Bereich 19, an dem das Funktionselement 42 angespritzt werden soll, um die Umformung zu ermöglichen. Dabei können die Verwendung verschiedener Erwärmungsverfahren in Frage (z. B. Heißgas, Induktion, Infrarot) kommen. Das innerhalb des Hohlprofils 21 befindliche konturgebende Element 31 kann entweder bereits in diesem Moment in dem Anspritzbereich 19 positioniert sein und mit erwärmt werden oder in einem nachgelagerten Schritt im kalten oder erwärmten Zustand in das Hohlprofil 21 eingebracht werden.It takes place according to 8th a local warming 26 fiber reinforced thermoplastic profile 21 in a heating zone 22 above the melting temperature of the thermoplastic 41 in the area intended for gating 19 on which the functional element 42 should be sprayed to allow the transformation. In this case, the use of various heating methods can come into question (eg hot gas, induction, infrared). That within the hollow profile 21 located contouring element 31 can either already at this moment in the Anspritzbereich 19 be positioned and heated with or in a subsequent step in the cold or heated state in the hollow section 21 be introduced.

Innerhalb des für das Anspritzen vorgesehenen Bereiches (Kavität) 23 des Werkzeugs 10 kann sich ein Kontureinleger 24 für die äußere Gestaltung des zweiten Strukturelements 20 befinden.Within the area intended for injection molding (cavity) 23 of the tool 10 can be a contour inserter 24 for the outer design of the second structural element 20 are located.

Zu Schritt 2:To step 2:

Positionieren des Profils 21 mit dem konturgebenden Element 31 in dem Spritzgusswerkzeug 10, das geschlossen wird, wie in 9 gezeigt ist, und Einlegen des zweiten Strukturelement-Halbzeuges 15 in das Werkzeug 10. Danach erfolgt ein Schließen (Richtungspfeil 25) des Werkzeugs 10, um den Betriebszustand zu erreichen.Position the profile 21 with the contouring element 31 in the injection mold 10 which is closed as in 9 is shown, and inserting the second structural element semifinished product 15 in the tool 10 , Thereafter, a closing (directional arrow 25 ) of the tool 10 to reach the operating state.

Zu Schritt 3:To step 3:

Die geschmolzene Spritzgussmasse 41 wird, je nach Anforderung kurzfaser-, langfaser- oder unverstärkt, mit oder ohne Füllstoff, in die Kavität 23 und auf den noch schmelzflüssigen Faser-Thermoplast-Verbund(FTV)-Bereich 19 gemäß 10 gespritzt. Dabei wird das erwärmte Faser-Thermoplast-Verbund-Profil 21 an das konturgebende mit den Hinterschnitten 6 versehene Element 31 angepresst, die dabei entstehende Hinterschnitte 13 im Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 und die das Funktionselement 42 abbildende Werkzeugkavität 23 werden mittels der thermoplastischen Schmelze 41 gefüllt. Nach dem Erstarren der Schmelze 41 werden das Werkzeug 10 geöffnet, abhängig von der Geometrie des Funktionselements 42 gegebenenfalls erforderliche Werkzeugkontureinleger 24 entfernt und das als Bauteil ausgebildete Strukturelement 20 entformt.The molten injection molding compound 41 is, depending on the requirement kurzfaser-, long fiber or unreinforced, with or without filler, in the cavity 23 and on the still-molten fiber-thermoplastic composite (FTV) area 19 according to 10 injected. This is the heated fiber-thermoplastic composite profile 21 to the contouring with the undercuts 6 provided element 31 Pressed, the resulting undercuts 13 in the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 and the functional element 42 imaging tool cavity 23 be by means of the thermoplastic melt 41 filled. After the solidification of the melt 41 become the tool 10 opened, depending on the geometry of the functional element 42 possibly required tool contour inlay 24 removed and designed as a structural component 20 removed from the mold.

Das als Bauteil ausgebildete Strukturelement 20 ergibt sich aus einer kombinierten automatisierbaren Herstellung und positionsvariablen form- sowie stoffschlüssigen Anbindung von thermoplastischen Funktionselementen 42 (Getriebebauteile, Hebel, Exzenter, Lagersitze) auf endlosfaserverstärkten, endlos oder diskontinuierlich hergestellten Hohlprofilen 21. Das konturgebende Element 31 ist über eine hinterschnittige Kontur 13 des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils 21 formschlüssig (und ggf. zusätzlich kraft- bzw. stoffschlüssig) mit dem Hohlprofil 21 zum Strukturelement 20 verbunden. Die Ausprägung der Hinterschnitte 13 ist an die im Anwendungsfall vorliegende Belastung 29 angepasst.The structural element formed as a component 20 results from a combined automated production and position-variable positive and cohesive connection of thermoplastic functional elements 42 (Transmission components, levers, eccentrics, bearing seats) on endless fiber reinforced, endless or discontinuously produced hollow profiles 21 , The contouring element 31 is over an undercut contour 13 of the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 positive fit (and optionally additionally frictional or cohesive) with the hollow profile 21 to the structural element 20 connected. The expression of the undercuts 13 is due to the load in the application 29 customized.

Das konturgebende Element 31 kann, je nach Beschaffenheit, nach dem Spritzprozess im Bauteil 20 bleiben oder auch entfernt werden. Ein bleibendes konturgebendes Element 31, z. B. in Form einer Metallhülse, stützt den Querschnitt des Profils 21, wie in 6 und 10 gezeigt ist, zusätzlich und verbessert die mechanischen Eigenschaften des Lasteinleitungsbereichs. Abhängig von den auftretenden Lasten kann durch die Wahl des konturgebenden Elements 31 der Leichtbaugrad gesteigert werden. The contouring element 31 can, depending on the nature, after the injection process in the component 20 stay or even be removed. A lasting contouring element 31 , z. B. in the form of a metal sleeve, supports the cross section of the profile 21 , as in 6 and 10 In addition, and improves the mechanical properties of the load introduction area. Depending on the loads that occur, the choice of the contouring element may result 31 the degree of lightweight can be increased.

Bei der Herstellung und der Anbindung eines thermoplastischen Funktionselements 42 auf einer endlosfaserverstärkten Hohlstruktur 21 in einem Prozessschritt wird das Funktionselement 42 stoffschlüssig und, durch mindestens einen im Herstellungsprozess des Funktionselements 42 entstehenden Hinterschnitt 13, formschlüssig mit dem Hohlprofil 21 verbunden.In the manufacture and connection of a thermoplastic functional element 42 on a continuous fiber reinforced hollow structure 21 in a process step becomes the functional element 42 cohesively and, by at least one in the manufacturing process of the functional element 42 resulting undercut 13 , positive fit with the hollow profile 21 connected.

Das faserverstärkte thermoplastische Profil (FTV-Profil) 21 der Strukturelemente 20 besteht aus Verstärkungsfasern (z. B. Kohlenstofffasern, Glasfasern, Basaltfasern oder Naturfasern) und einer thermoplastischen Matrix (z. B. PA, PPS, PEEK). Die Orientierung der Fasern kann an die Belastungen 29 des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden. Bei vorwiegend zug- und druckbelasteten Profilen 21 sind die Verstärkungsfasern vorwiegend axial orientiert und bei vorwiegend torsionsbelasteten Profilen 21 sind die Verstärkungsfasern vorwiegend im 45° Winkel orientiert. Die Profile 21 können kontinuierlich, z. B. einem Pultrusionsverfahren, oder diskontinuierlich, z. B. einem Schlauchblasverfahren, hergestellt werden. Sie können einen konstanten, aber auch einen über die Länge des Profils 21 variierenden Querschnitt aufweisen.The fiber-reinforced thermoplastic profile (FTV profile) 21 the structural elements 20 consists of reinforcing fibers (eg carbon fibers, glass fibers, basalt fibers or natural fibers) and a thermoplastic matrix (eg PA, PPS, PEEK). The orientation of the fibers can be due to the loads 29 be adapted to the particular application. For predominantly tension and pressure loaded profiles 21 the reinforcing fibers are predominantly axially oriented and predominantly torsionally loaded profiles 21 the reinforcing fibers are predominantly oriented at a 45 ° angle. The profiles 21 can be continuous, z. As a pultrusion process, or discontinuously, for. B. a Schlauchblasverfahren be prepared. You can have a constant, but also one over the length of the profile 21 have varying cross-section.

Das konturgebende Element 31 ist als Gegenwerkzeug für die definierte Ausbildung mindestens eines Hinterschnitts 13 im Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofil 21 bei der Umformung notwendig. Die Geometrie des Hinterschnitts 13 ist dabei frei wählbar, jedoch an die am fertigen Bauteil 20 auftretenden Belastungen 29 anzupassen. Dabei können Hinterschnitte 13 in axialer, tangentialer oder einer Kombination aus beiden Richtungen vorgesehen werden. Bei der Gestaltung der Hinterschnittgeometrie ist das Verformungspotential des Faser-Thermoplast-Verbund-Profils 21 zu berücksichtigen. Vorteilhafterweise ist die Umfangslänge des verformten Faser-Thermoplast-Verbund-Profils 21 gleich der Umfangslänge des unverformten Faser-Thermoplast-Verbund-Profils 21, sodass dieses nur umgeformt und nicht gestreckt oder gestaucht werden muss. Das konturgebende Element 31 verbleibt in einer ersten bevorzugten Variante, wie in 6 gezeigt ist, im fertigen Bauteil 20 und stützt dieses zusätzlich. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, z. B. ein metallisches hydrogeformtes oder ein aus einem im Vergleich zur Matrix des Faser-Thermoplast-Verbund-Profils 21 höherschmelzenden Kunststoff spritzgegossenes Kunststoffelement zu verwenden. In einer zweiten bevorzugten Variante (nicht dargestellt) kann das konturgebende Element 31 nach dem Spritzprozess entfernt werden, sodass es im fertigen Bauteil 20 nicht mehr vorhanden ist.The contouring element 31 is as a counter-tool for the defined formation of at least one undercut 13 in the fiber-thermoplastic composite hollow profile 21 necessary during forming. The geometry of the undercut 13 is freely selectable, but to the finished component 20 occurring loads 29 adapt. It can undercuts 13 be provided in axial, tangential or a combination of two directions. When designing the undercut geometry is the deformation potential of the fiber-thermoplastic composite profile 21 to take into account. Advantageously, the circumferential length of the deformed fiber-thermoplastic composite profile 21 equal to the circumferential length of the undeformed fiber-thermoplastic composite profile 21 so that this only has to be reshaped and not stretched or compressed. The contouring element 31 remains in a first preferred variant, as in 6 is shown in the finished component 20 and supports this in addition. For this purpose, it is advantageous, for. As a metallic hydroformed or one of a compared to the matrix of the fiber-thermoplastic composite profile 21 higher-melting plastic injection-molded plastic element to use. In a second preferred variant (not shown), the contouring element 31 be removed after the injection process, so that it in the finished component 20 no longer exists.

Das angespritzte Funktionselement 42, im Fall von 6 und 7 ein Zahnrad, bildet im umgeformten Bereich eine hinterschnittige Kontur aus, sodass es sowohl formschlüssig als auch stoffschlüssig mit dem faserverstärkten thermoplastischen Faser-Thermoplast-Verbund-Profil 21 verbunden ist. Während des Spritzgussprozesses können in das Funktionselement 42 metallische Funktionsflächen (z. B. Buchsen) integriert werden, die vorher im Spritzgusswerkzeug 10 eingelegt werden. Außerdem ist die Verwendung verschiedener spritzgießbarer Materialien in einem Mehrkomponentenspritzgießverfahren möglich, um die mechanischen Eigenschaften des Funktionselements 42 lokal anzupassen.The molded functional element 42 , in case of 6 and 7 a gear, forms in the formed area an undercut contour, so that it both positive and cohesive with the fiber-reinforced thermoplastic fiber-thermoplastic composite profile 21 connected is. During the injection molding process, in the functional element 42 metallic functional surfaces (eg bushings) are integrated, previously in the injection molding tool 10 be inserted. In addition, the use of various injection moldable materials in a multi-component injection molding process is possible to improve the mechanical properties of the functional element 42 to adapt locally.

Die Vorteile der als Bauteil ausgebildeten Strukturelemente 20 bestehen in

  • – einer werkstoff- und kraftflussgerechten Anbindung des Funktionselementes 42 an das faserverstärkte Hohlprofil 21,
  • – einer Anpassung der Ausprägung der Hinterschnitte 6, 13 an den Belastungszustand 29,
  • – einem sehr hohen Leichtbaupotential mit einer geringen Dichte der Spritzgussmasse 41, mit einer Verwendung dünnwandiger oder nachträglich entfernbarer konturgebender Elemente 31, sowie mit angepassten Eigenschaften durch Mehrkomponentenspritzguss, wobei keine zusätzlichen Fügeelemente notwendig sind,
  • – einer lokalen Aufdickung des Funktionselementsbereichs, so dass das volle Potenzial der ungestörten Tragstruktur genutzt werden kann,
  • – einem stoffgleichen Strukturelement-System zumindest aus Funktionselement 42 und Hohlprofil 21 mit reduzierten zusätzlichen Herausforderungen in den Bereichen der Kontaktkorrosion sowie induzierten Spannungen in Folge von differierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten.
The advantages of structural elements formed as a component 20 consist in
  • - A material and power flow appropriate connection of the functional element 42 to the fiber-reinforced hollow profile 21 .
  • - An adaptation of the expression of the undercuts 6 . 13 to the load condition 29 .
  • - A very high lightweight potential with a low density of the injection molding compound 41 , with the use of thin-walled or subsequently removable contouring elements 31 , as well as with adapted properties by multi-component injection molding, whereby no additional joining elements are necessary,
  • A local thickening of the functional element area, so that the full potential of the undisturbed supporting structure can be utilized,
  • - A fabric-like structural element system at least from functional element 42 and hollow profile 21 with reduced additional challenges in the areas of contact corrosion as well as induced stresses due to different coefficients of thermal expansion.

Die Vorteile des Verfahrens zur Herstellung des zweiten Strukturelements 20 bestehen in

  • – einem Umformen des Hohlprofils 21 und Erzeugen des Funktionselements 42 in einem Prozessschritt,
  • – einem Anspritzen der Funktionselemente 42 ohne Werkzeuganpassungen an beliebiger Stelle auf beliebig lange Hohlhalbzeuge,
  • – einer Variierung der Ausprägung der durch den Anspritzprozess entstehenden Hinterschnitte 13 im Profil 21 ohne Anpassungen am Werkzeug 10, wobei nur das konturgebende Element 31 angepasst werden muss,
  • – einer Verwendung von endlos und damit effizient herstellbaren Hohlprofil-Halbzeugen, einer hohen Automatisierbarkeit und einer gleichzeitigen Flexibilität bei der Integration von Funktionselementen 42 an die Hohlprofile 21.
The advantages of the method for producing the second structural element 20 consist in
  • - A forming of the hollow profile 21 and generating the functional element 42 in a process step,
  • - Injection of the functional elements 42 without tool adjustments at any place on hollow semi-finished products of any length,
  • - A variation of the expression of the resulting by Anspritzprozess undercuts 13 In profile 21 without adjustments to the tool 10 , where only the contouring element 31 needs to be adjusted
  • - A use of endless and thus efficiently producible hollow profile semi-finished products, high automation and a simultaneous flexibility in the integration of functional elements 42 to the hollow sections 21 ,

Die Erfindung bezieht sich auf meist zylindrische Hohlstrukturen in Faser-Thermoplast-Verbund-(FTV)-Bauweise mit zumeist metallischen Lasteinleitungselementen (LEE). Endlosfaserverstärkte Hohlprofile mit thermoplastischem Matrixmaterial lassen sich zum Beispiel im Pultrusionsverfahren endlos, energieeffizient und damit kostengünstig fertigen. Die Orientierungen der endlosen Verstärkungsfasern lassen sich dabei an die Belastungen des jeweiligen Anwendungsfalls anpassen. Derartige FTV-Hohlprofile haben, verglichen mit metallischen Hohlprofilen, eine sehr geringe Masse und eignen sich hervorragend für die Übertragung von Kräften, Torsionsmomenten sowie gegebenenfalls Biegemomenten. Sie sind grundsätzlich für viele technische Anwendungen wie etwa Achsen, Wellen, Rohrleitungen oder Hydraulikzylinder geeignet. Zur Einleitung von Lasten in derartige Hohlprofile eignen sich isotrope Werkstoffe wie Metalle. Die Verwendung eines thermoplastischen Matrixsystems für derartige Hohlprofile ermöglicht eine lokale Warmumformung des Hohlprofils nach der Konsolidierung des Hohlprofils bei der Herstellung.The invention relates to mostly cylindrical hollow structures in fiber-thermoplastic composite (FTV) construction with mostly metallic load introduction elements (LEE). Continuous fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix material can be produced endlessly, energy-efficiently and thus cost-effectively in the pultrusion process, for example. The orientations of the endless reinforcing fibers can be adapted to the loads of the particular application. Such FTV hollow sections have, compared to metallic hollow sections, a very low mass and are ideal for the transmission of forces, torsional moments and possibly bending moments. They are basically suitable for many technical applications such as axles, shafts, pipes or hydraulic cylinders. For the introduction of loads in such hollow profiles are isotropic materials such as metals. The use of a thermoplastic matrix system for such hollow profiles allows local hot forming of the hollow profile after consolidation of the hollow profile during manufacture.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur formschlüssig (und gegebenenfalls zusätzlich kraft- und stoffschlüssig) wirkenden Anbindung zwischen einem zumeist metallischen Lasteinleitungselement und einem faserverstärkten Hohlprofil zur Übertragung von axialen Lasten und/oder Drehmomenten und Biegemomenten sowie mit dem Verfahren hergestellte Strukturelemente. Die Lasteinleitungselemente sind insbesondere dadurch charakterisiert, dass sie an einem oder beiden Enden eines beliebig langen Hohlprofils ein/angebracht werden.The present invention describes a method for the form-fitting (and possibly additionally positive and cohesive) acting connection between a mostly metallic load introduction element and a fiber-reinforced hollow profile for transmitting axial loads and / or torques and bending moments as well as structural elements produced by the method. The load introduction elements are characterized in particular by being attached to one or both ends of an arbitrarily long hollow profile.

Die Erfindung betrifft auch Hohlstrukturen, die aus einem Faser-Verbundwerkstoff mit thermoplastischer Matrix bestehen. Sie sind grundsätzlich für viele technische Anwendungen wie etwa Achsen, Wellen, Rohrleitungen und Hydraulikzylinder geeignet. Solche Hohlstrukturen 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. Die Orientierungen der endlosen Verstärkungsfasern lassen sich dabei an die Belastungen des jeweiligen Anwendungsfalls anpassen. Derartige Faser-Thermoplast-Verbund(FTV)-Strukturen haben, verglichen mit metallischen Strukturen, eine sehr geringe Masse und eignen sich hervorragend für die Übertragung von Kräften und Torsionsmomenten sowie gegebenenfalls Biegemomenten. Für den weiteren technischen Einsatz derartiger Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlstrukturen sind in vielen Fällen Funktionselemente wie z. B. Zahnräder, Riemenscheiben, Lagersitze, Hebel oder Exzenter erforderlich, die sich bei möglichst beliebiger Länge des Halbzeuges einfach und kostengünstig an einer beliebigen Position in die Faser-Thermoplast-Verbund-Struktur integrieren lassen. Die Verwendung von thermoplastischen Matrixsystemen für derartige Hohlstrukturen ermöglicht die lokale Warmumformung des Profils, wodurch neuartige, auch formschlüssig wirkende Anbindungsmöglichkeiten geschaffen werden.The invention also relates to hollow structures consisting of a fiber composite with a thermoplastic matrix. They are basically suitable for many technical applications such as axles, shafts, pipelines and hydraulic cylinders. Such hollow structures 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. The orientations of the endless reinforcing fibers can be adapted to the loads of the particular application. Such fiber-thermoplastic composite (FTV) structures have a very low mass compared to metallic structures and are outstandingly suitable for the transmission of forces and torsional moments and, if appropriate, bending moments. For the further technical use of such fiber-thermoplastic composite hollow structures are in many cases functional elements such. As gears, pulleys, bearing seats, levers or eccentric required, which can be easily and inexpensively integrate at any arbitrary length of the semifinished product at any position in the fiber-thermoplastic composite structure. The use of thermoplastic matrix systems for such hollow structures allows the local hot forming of the profile, creating novel, even form-fitting connection possibilities are created.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Strukturelement für LasteinleitungenStructural element for load introduction
22
Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil/Faser-Thermoplast-Verbund-HohlprofilFiber-reinforced plastic hollow profile / fiber thermoplastic composite hollow profile
33
LasteinleitungselementLoad introduction element
3131
Konturgebundenes Element/Konturgebungs-ElementContoured element / Contour element
44
Formstückfitting
4141
Spritzgussmasseinjection molding compound
55
Außenoberfläche des LasteinleitungselementsExternal surface of the load introduction element
66
Hinterschnitt des LasteinleitungselementsUndercut of the load introduction element
77
Hülse/VerstärkungshülseSleeve / reinforcing sleeve
88th
Außenfläche des Spritzguss-FormstücksOuter surface of the injection molding
99
Anbindungsbereichconnecting region
1010
Werkzeug/Spritzgussmasse-WerkzeugTool / tool injection molding compound
1111
Umformbereichforming region
1212
Außenseiteoutside
1313
Hinterschnitt des Faser-Kunststoff-Verbund-HohlprofilsUndercut of the fiber-plastic composite hollow profile
1414
zusätzliche Lageadditional location
1515
Strukturelement-HalbzeugStructural element semifinished
1616
Zweiter AnbindungsbereichSecond connection area
1717
KavitätsleitungKavitätsleitung
1818
Spritzgusseinheitinjection unit
1919
Anzuspritzender Bereich des Faser-Kunststoff-Verbund-HohlprofilsTo be sprayed area of the fiber-plastic composite hollow profile
2020
Zweites Strukturelement für FunktionenSecond structural element for functions
2121
Zweites Faser-Kunststoff-Verbund-HohlprofilSecond fiber-plastic composite hollow profile
2222
Heizzoneheating zone
2323
Anspritzkavität im Innern des WerkzeugesAnspritzkavität inside the tool
2424
Kontureinlegercontour depositors
2525
Schließrichtung der beiden WerkzeugteileClosing direction of the two tool parts
2626
Schritt ErwärmenStep heating
2727
Schritt EinlegenStep insert
2828
Schritt AnspritzenStep injecting
2929
Belastungburden
3030
HohlprofilachseHollow section axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004038082 B4 [0002] DE 102004038082 B4 [0002]
  • GB 2160144 A [0003] GB 2160144 A [0003]
  • DE 102010041790 A1 [0004] DE 102010041790 A1 [0004]
  • DE 102006039565 A1 [0005] DE 102006039565 A1 [0005]
  • DE 10249591 A1 [0005] DE 10249591 A1 [0005]
  • DE 102004021144 A1 [0005] DE 102004021144 A1 [0005]
  • JP 2004291505 A [0005] JP 2004291505 A [0005]
  • DE 102008057893 A1 [0006] DE 102008057893 A1 [0006]
  • DE 202008008821 U1 [0006] DE 202008008821 U1 [0006]
  • WO 2005/105417 A1 [0007] WO 2005/105417 A1 [0007]
  • EP 0311837 B1 [0008] EP 0311837 B1 [0008]
  • DE 102012020184 A1 [0009] DE 102012020184 A1 [0009]
  • DE 102011108219 A1 [0010] DE 102011108219 A1 [0010]
  • DE 102009056472 A1 [0012] DE 102009056472 A1 [0012]
  • DE 102007060628 A1 [0013] DE 102007060628 A1 [0013]
  • DE 10014332 A1 [0014] DE 10014332 A1 [0014]
  • DE 102006010271 A1 [0015] DE 102006010271 A1 [0015]
  • DE 102007017414 A1 [0016] DE 102007017414 A1 [0016]
  • DE 102006038930 A1 [0017] DE 102006038930 A1 [0017]
  • DE 19538360 C1 [0019] DE 19538360 C1 [0019]

Claims (19)

Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen (1) aus Lasteinleitungselement (3) und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) mit thermoplastischem Matrixmaterial, zumindest umfassend folgende Schritte: – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt (6) versehenen Lasteinleitungselements (3) in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs (15), – Lokales Erwärmen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) bis zur Verformbarkeit des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) im Bereich des Hinterschnitts (6) des Lasteinleitungselements (3), – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs (15) in ein Werkzeug (10), wobei die vorgenannten Verfahrensschritte wahlweise in ihrer Abfolge unterschiedlich durchgeführt werden, – Anspritzen des verformbaren Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) mit fließfähiger Spritzgussmasse (41) im Werkzeug (10) in den Bereich des Hinterschnitts des Lasteinleitungselements (3) zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2), wobei die ausgebildeten Hinterschnitte (13) Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) passgenau an die Hinterschnitte (6) des Lasteinleitungselements (3) zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind, – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse (41) zu mindestens einem in den Hinterschnitten (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) zur Ausbildung eines Formstücks (4) und somit zu dem finalen Strukturelement (1), – Entformen des finalen Strukturelements (1) aus dem Werkzeug (10).Process for the production of structural elements ( 1 ) from load introduction element ( 3 ) and fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) comprising thermoplastic matrix material, comprising at least the following steps: - insertion of the at least one undercut ( 6 ) load introduction element ( 3 ) in the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) for forming a structural element semifinished product ( 15 ), - local heating of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) to the deformability of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) in the area of the undercut ( 6 ) of the load introduction element ( 3 ), - inserting the structural element semifinished product ( 15 ) into a tool ( 10 ), wherein the aforementioned method steps are optionally carried out differently in their sequence, - injection molding of the deformable fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) with flowable injection molding compound ( 41 ) in the tool ( 10 ) in the region of the undercut of the load introduction element ( 3 ) for the formation of at least one undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ), wherein the formed undercuts ( 13 ) Fiber-plastic composite hollow sections ( 2 ) to the undercuts ( 6 ) of the load introduction element ( 3 ) are joined together at least in a form-fitting manner, solidification of the flowable injection molding compound ( 41 ) to at least one in the undercuts ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) for forming a fitting ( 4 ) and thus to the final structural element ( 1 ), - demolding the final structural element ( 1 ) from the tool ( 10 ). Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements (20) aus Lasteinleitungselement (3) und Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) mit thermoplastischem Matrixmaterial, zumindest umfassend folgende Schritte: – Einfügen des mit mindestens einem Hinterschnitt (6) versehenen Lasteinleitungselements (3) in Form eines konturgebenden Elements (31) in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) zur Ausbildung eines Strukturelement-Halbzeugs (15), – Lokales Erwärmen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) bis zur Verformbarkeit des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) im Bereich des Hinterschnitts des konturgebenden Elements (31), – Einlegen des Strukturelement-Halbzeugs (15) in ein Werkzeug (10), wobei die vorgenannten Verfahrensschritte wahlweise in ihrer Abfolge unterschiedlich durchgeführt werden, – Anspritzen des verformbaren Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) mit fließfähiger Spritzgussmasse (41) im Werkzeug (31) in den Bereich des Hinterschnitts des konturgebenden Elements (31) zur Ausbildung mindestens eines Hinterschnittes (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21), wobei die ausgebildeten Hinterschnitte (13) Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) passgenau an die Hinterschnitte (6) des konturgebenden Elements (31) zumindest formschlüssig aneinander gefügt sind, – Erstarren der fließfähigen Spritzgussmasse (41) zu mindestens einem in den Hinterschnitten (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) ausgebildeten Funktionselements (42) und somit zu dem finalen Strukturelement (20), – Entformen des finalen Strukturelements (20) aus dem Werkzeug (10).Method for producing a structural element ( 20 ) from load introduction element ( 3 ) and fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) comprising thermoplastic matrix material, comprising at least the following steps: - insertion of the at least one undercut ( 6 ) load introduction element ( 3 ) in the form of a contouring element ( 31 ) in the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) for forming a structural element semifinished product ( 15 ), - local heating of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) to the deformability of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) in the region of the undercut of the contouring element ( 31 ), - inserting the structural element semifinished product ( 15 ) into a tool ( 10 ), wherein the aforementioned method steps are optionally carried out differently in their sequence, - injection molding of the deformable fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) with flowable injection molding compound ( 41 ) in the tool ( 31 ) in the area of the undercut of the contouring element ( 31 ) for the formation of at least one undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ), wherein the formed undercuts ( 13 ) Fiber-plastic composite hollow sections ( 21 ) to the undercuts ( 6 ) of the contouring element ( 31 ) are joined together at least in a form-fitting manner, solidification of the flowable injection molding compound ( 41 ) to at least one in the undercuts ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) trained functional element ( 42 ) and thus to the final structural element ( 20 ), - demolding the final structural element ( 20 ) from the tool ( 10 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das primäre Umformen des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2, 21) je nach Abstimmung der Prozessparameter und der Geometrie des Lasteinleitungselements (2) lediglich eine Anlagestelle der beiden Fügepartner erzielt wird, wobei nach Anlegen einer mechanischen Belastung (29) aufgrund von elastischen Dehnungen ein Hohlraum an der Anlagestelle sowie eine Vorspannung entsteht, wobei in einem weiteren Schritt einer Einspritzung von fließfähiger Spritzgussmasse (41) mit hohem Druck in die Anlagestelle einen Fugendruck erzeugt wird, der der Vorspannung entspricht und wobei die entstehende Zwischenschicht das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2, 21) und das Lasteinleitungselement (3) voneinander isoliert und einer elektrochemischen Korrosion vorbeugt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that by the primary forming of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 . 21 ) depending on the coordination of the process parameters and the geometry of the load introduction element ( 2 ) only one contact point of the two joining partners is achieved, wherein after applying a mechanical load ( 29 ) due to elastic strains a cavity at the contact point and a bias voltage is formed, wherein in a further step, an injection of flowable injection molding material ( 41 ) is produced at high pressure in the contact point a joint pressure corresponding to the bias and wherein the resulting intermediate layer, the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 . 21 ) and the load introduction element ( 3 ) isolated from each other and prevents electrochemical corrosion. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (3) innerhalb des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2, 21) gleichzeitig als konturgebendes und stützendes Element (31) oder nach seiner Entfernung aus dem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) als nur konturgebendes Element (31) eingesetzt wird.A method according to claims 1 to 3, characterized in that the load application element ( 3 ) within the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 . 21 ) as a contouring and supporting element ( 31 ) or after its removal from the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) as only contouring element ( 31 ) is used. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (6, 13) in axialer Richtung zur Hohlprofilachse (30) und/oder in Umfangsrichtung ausgebildet werden.Process according to claims 1 to 4, characterized in that the undercuts ( 6 . 13 ) in the axial direction to the hollow profile axis ( 30 ) and / or formed in the circumferential direction. Strukturelement (1), zumindest enthaltend ein Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) mit thermoplastischem Matrixmaterial und hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren umfasst – ein Lasteinleitungselement (3, 31) mit mindestens einem Hinterschnitt (6), wobei das Lasteinleitungselement (3) in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) eingefügt ist, – zumindest einen in den Hinterschnitt (6) des Lasteinleitungselement (3) passgenau anliegenden Hinterschnitt (13) des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils (2) in formschlüssiger Verbindung in Form eines Struktur-Halbzeuges (15), – ein in den Hinterschnitt (13) des Faser-Thermoplast-Verbund-Hohlprofils (2) eingreifendes und angespritztes Formstück (4), das aus einer unter Druck injizierten Schmelze und nachfolgend erstarrten Spritzgussmasse (41) besteht, – wobei sich durch das Anspritzen (28) der geschmolzenen Spritzgussmasse (41) an den das Formstück (4) stützenden Hinterschnitt (13) eine form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hinterschnitt (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) und dem erstarrten Formstück (4) ausbildet und damit ein finales Strukturelement (1) entsteht.Structural element ( 1 ), at least comprising a fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) with thermoplastic matrix material and produced by a method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises - a load introduction element ( 3 . 31 ) with at least one undercut ( 6 ), wherein the load introduction element ( 3 ) in the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ), - at least one in the undercut ( 6 ) of the load introduction element ( 3 ) precisely fitting undercut ( 13 ) of the fiber-thermoplastic composite hollow profile ( 2 ) in positive connection in the form of a structural semi-finished product ( 15 ) - one in the undercut ( 13 ) of the fiber-thermoplastic composite hollow profile ( 2 ) engaging and molded molding ( 4 ), which consists of a melt injected under pressure and subsequently solidified injection molding compound ( 41 ), wherein - by injecting ( 28 ) of the molten injection molding compound ( 41 ) to which the fitting ( 4 ) supporting undercut ( 13 ) a positive or material connection between the undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) and the solidified molding ( 4 ) and thus a final structural element ( 1 ) arises. Strukturelement (20), zumindest aus einem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) mit thermoplastischem Matrixmaterial und einem als Lasteinleitungslement ausgebildeten konturgebenden Element (31) bestehend, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren umfasst – wahlweise ein konturgebendes Element (31) mit mindestens einem Hinterschnitt (6), wobei das konturgebende Element (31) in das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) eingefügt ist, – zumindest einen in den Hinterschnitt (6) des konturgebenden Elements (31) passgenau anliegenden Hinterschnitt (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) in formschlüssiger Verbindung in Form eines Struktur-Halbzeuges (15), – ein in den Hinterschnitt (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) eingreifendes und angespritztes Funktionselement (42), das aus einer unter Druck injizierten und nachfolgend erstarrten Spritzgussmasse (41) besteht, – wobei sich durch das Anspritzen (28) der geschmolzenen Spritzgussmasse (41) an den das Funktionselement (42) stützenden Hinterschnitt (13) eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hinterschnitt (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) und dem erstarrten Funktionselement (42) ausbildet und sich damit ein finales Strukturelement (20) bildet.Structural element ( 20 ), at least from a fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) with a thermoplastic matrix material and a contouring element designed as a load introduction element ( 31 ), produced according to a method according to one of claims 2 to 5, characterized in that it further comprises - optionally a contouring element ( 31 ) with at least one undercut ( 6 ), whereby the contouring element ( 31 ) in the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ), - at least one in the undercut ( 6 ) of the contouring element ( 31 ) precisely fitting undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) in positive connection in the form of a structural semi-finished product ( 15 ), - in the undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) engaging and molded functional element ( 42 ), which consists of a pressure-injected and subsequently solidified injection molding compound ( 41 ), wherein - by injecting ( 28 ) of the molten injection molding compound ( 41 ) to which the functional element ( 42 ) supporting undercut ( 13 ) a positive and / or material connection between the undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) and the solidified functional element ( 42 ) and thus forms a final structural element ( 20 ). Strukturelement nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Hinterschnitt (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2, 21) erstarrte Formstück (4) oder erstarrte Funktionselement (42) als Druckstück zur Stützung der ausgebildeten formschlüssigen Verbindung dient.Structural element according to claims 6 or 7, characterized in that in the undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 . 21 ) solidified fitting ( 4 ) or solidified functional element ( 42 ) serves as a pressure piece to support the formed positive connection. Strukturelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das angespritzte und erstarrte Formstück (4) als ein Funktionselement (42) ausgebildet ist, das in der Kavität (23) eines Werkzeugs (10) ausgebildet ist.Structural element according to claim 6, characterized in that the molded-on and solidified shaped piece ( 4 ) as a functional element ( 42 ) formed in the cavity ( 23 ) of a tool ( 10 ) is trained. Strukturelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (3) und das konturgebundene Element (31) werkstoff- und kraftflussgerecht an das Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (2) angebunden sind.Structural element according to claim 6 or 7, characterized in that the load introduction element ( 3 ) and the contour-bound element ( 31 ) suitable for material and force flows to the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) are connected. Strukturelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (6, 13) in Bezug auf die Belastung (29) des finalen Strukturelements (1, 20) ausgeprägt sind.Structural element according to claim 6 or 7, characterized in that the undercuts ( 6 . 13 ) in terms of load ( 29 ) of the final structural element ( 1 . 20 ) are pronounced. Strukturelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussmasse (41) aus Thermoplast oder faserverstärktem Thermoplast besteht und eine geringe Dichte aufweist.Structural element according to claim 6 or 7, characterized in that the injection molding compound ( 41 ) is made of thermoplastic or fiber reinforced thermoplastic and has a low density. Strukturelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (3) und das konturgebende Element (31) dünnwandig sind.Structural element according to claim 6 or 7, characterized in that the load introduction element ( 3 ) and the contouring element ( 31 ) are thin-walled. Strukturelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei verhältnismäßig glatter Oberfläche des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (2) zumindest eine die Bereiche der angespritzten Hinterschnitte (13) verstärkende Hülse (7) um das Formstück (4) angebracht ist.Structural element according to claim 6, characterized in that with a relatively smooth surface of the fiber-plastic composite hollow profile ( 2 ) at least one of the areas of the molded undercuts ( 13 ) reinforcing sleeve ( 7 ) around the fitting ( 4 ) is attached. Strukturelement nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (4) und das Funktionselement (42) lokal mit Spritzgussmasse (41) angespritzt sind.Structural element according to claim 5 or 7, characterized in that the shaped piece ( 4 ) and the functional element ( 42 ) locally with injection molding compound ( 41 ) are sprayed. Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (4) als Funktionselement (42) ausgebildet ist, wobei das Funktionselement (42) im Bereich des Hinterschnitts (13) des Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofils (21) angespritzt ist, so dass zumindest eine formschlüssige Verbindung des Funktionselements (42) am Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) vorhanden ist.Structural element according to claim 7, characterized in that the shaped piece ( 4 ) as a functional element ( 42 ), wherein the functional element ( 42 ) in the area of the undercut ( 13 ) of the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) is injection molded, so that at least one positive connection of the functional element ( 42 ) on the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) is available. Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (3) als ein konturgebendes Element (31) und als Stützelement dient.Structural element according to claim 7, characterized in that the load introduction element ( 3 ) as a contouring element ( 31 ) and serves as a support element. Strukturelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (3) und das konturgebende Element (31) aus festem Material, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff sind.Structural element according to claim 6 or 7, characterized in that the load introduction element ( 3 ) and the contouring element ( 31 ) of solid material, preferably of metal or plastic. Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das konturgebende Element (31) aus Sand oder aus einem anderen lösbaren/auswaschbaren Stoff ist und nach der Erstarrung des Funktionselements (42) aus dem Faser-Kunststoff-Verbund-Hohlprofil (21) entfernbar ist.Structural element according to claim 7, characterized in that the contouring element ( 31 ) is made of sand or of another detachable / washable substance and after solidification of the functional element ( 42 ) from the fiber-plastic composite hollow profile ( 21 ) is removable.
DE102014004158.1A 2014-03-17 2014-03-17 Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements Ceased DE102014004158A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014004158.1A DE102014004158A1 (en) 2014-03-17 2014-03-17 Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014004158.1A DE102014004158A1 (en) 2014-03-17 2014-03-17 Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014004158A1 true DE102014004158A1 (en) 2015-09-17

Family

ID=54009970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014004158.1A Ceased DE102014004158A1 (en) 2014-03-17 2014-03-17 Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014004158A1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016202012B3 (en) * 2016-02-10 2017-06-08 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Process for the production of a structural element from fiber composite hollow profile and load introduction element
DE102016216028B3 (en) * 2016-08-25 2017-07-06 Ford Global Technologies, Llc Method for producing a composite pipe for a motor vehicle body and composite pipe and motor vehicle
WO2018021995A1 (en) * 2016-07-25 2018-02-01 Kongsberg Actuation Systems Ii, Inc. Support assembly
DE102017214334A1 (en) 2017-08-17 2019-02-21 Technische Universität Dresden Multi-material composite and process for its production
WO2019162780A1 (en) * 2018-02-24 2019-08-29 Arkal Automotive C.S. Ltd. Structural member and/or coupling arrangement and/or method for same
DE102018129530A1 (en) 2018-11-23 2020-05-28 Technische Universität Ilmenau Process for the production of complex curved structural elements from fiber-reinforced plastics and fiber composite spring produced therewith
DE102019121725A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-18 Lanxess Deutschland Gmbh Connection made of a metal pipe and a plastic component
WO2021235931A1 (en) 2020-05-18 2021-11-25 Moba Group B.V. Cylindrically shaped carbon fibre reinforced part and method for its manufacture
NL2026105B1 (en) * 2020-05-18 2021-12-03 Moba Group Bv Machine part
US11913499B2 (en) 2019-09-05 2024-02-27 Albany Engineered Composites, Inc. Method for producing a positive-locking load application for rod-shaped fiber composite structures, and the design thereof

Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2160144A (en) 1984-06-04 1985-12-18 Paxit Pipekor Pty Ltd Shaping pipe ends
DE3730427A1 (en) * 1987-09-10 1989-03-23 Bayerische Motoren Werke Ag ARRANGEMENT FOR FASTENING HOSES TO HOSE CONNECTORS
EP0311837B1 (en) 1987-10-10 1991-01-02 Bayer Ag Hollow profile, especially a pipe made of long-fibre-reinforced plastic, and method of manufacturing such a profile
US5411300A (en) * 1993-03-16 1995-05-02 Toyoda Gosei Co., Ltd. Hose connecting assembly
DE19538360C1 (en) 1995-10-14 1997-04-03 Dornier Gmbh Propshafts for motor vehicles
FR2755494A1 (en) * 1996-11-04 1998-05-07 Nobel Plastiques METHOD FOR LOCKING THE HANDLE OF A PLASTIC TUBE ON A MOUTHPIECE
DE10014332A1 (en) 2000-03-24 2001-10-04 Basf Ag Composite component and method for its production
DE10249591A1 (en) 2002-10-24 2004-05-13 Schütze GmbH & Co. KG Joint for introducing loads into a fiber reinforced composite tube or bar is formed by insertion of additional curable composite material between slits at the bar end
JP2004291505A (en) 2003-03-27 2004-10-21 Toyota Industries Corp Method for manufacturing power transmission shaft and jig
WO2005105417A1 (en) 2004-04-29 2005-11-10 Technische Universität Dresden Hollow structure made of fiber-reinforced plastic with load introducing elements
DE102004021144A1 (en) 2004-04-29 2005-11-24 Schütze GmbH & Co. KG Arrangement for torque transmission into pipe made of fiber compound material, comprising complementary conical elements
DE102006010271A1 (en) 2006-03-02 2007-09-06 Lanxess Deutschland Gmbh Joining of fiber-reinforced material with an injection molding material, component and device for carrying out the method
DE102006038930A1 (en) 2006-08-18 2008-02-21 Daimler Ag Manufacturing composite component for vehicle, places metal tube in mold cavity, pressurizes it internally and injection-molds plastic around it
DE102004038082B4 (en) 2004-07-28 2008-02-28 Technische Universität Dresden Anchoring fiber reinforced tie rods
DE102006039565A1 (en) 2006-08-23 2008-03-06 Schütze GmbH & Co. KG Force transmission unit for fiber composite rod or pipe, has threaded sleeve inserted from front for holding unit together with stopper and screw, where unit is stuck together with fiber composite rod provided with ring coil on outer side
DE102007017414A1 (en) 2007-04-13 2008-10-23 Daimler Ag Method for producing a composite component
DE102007060628A1 (en) 2007-12-15 2009-06-18 Daimler Ag Process for the production of composite components
DE202008008821U1 (en) 2008-08-28 2010-02-11 STABILA Messgeräte Gustav Ullrich GmbH laser device
DE102008057893A1 (en) 2008-11-18 2010-05-27 Manitowoc Crane Group France Sas Force introduction arrangement for a fiber composite tension rod
DE102009056472A1 (en) 2009-12-01 2011-06-09 Daimler Ag Method for manufacturing composite component for pultrusion system, involves guiding textile semi-finished product and metallic semi-finished fiber product through heater to forming tool, particularly nozzle
DE102010041790A1 (en) 2010-09-30 2012-04-05 Zf Friedrichshafen Ag Strut element e.g. floor support for coupling connection of components, has one connection region with bearing housing for force transmission, and another connection region formed as flattened end of semi-finished section
DE102011108219A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Daimler Ag Apparatus for producing composite tubular component, has infrared radiator, which is equipped in heating device, where transport medium is designed as conveyor belt, particularly adapted as contour of textile component
DE102012020184A1 (en) 2012-10-13 2013-03-28 Daimler Ag Rod element e.g. torsion bar spring for motor vehicle e.g. passenger car, has fiber reinforced plastic (FRP) tube whose bending point is non-circular cross-section shaped and provided with adjacent layers

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2160144A (en) 1984-06-04 1985-12-18 Paxit Pipekor Pty Ltd Shaping pipe ends
DE3730427A1 (en) * 1987-09-10 1989-03-23 Bayerische Motoren Werke Ag ARRANGEMENT FOR FASTENING HOSES TO HOSE CONNECTORS
EP0311837B1 (en) 1987-10-10 1991-01-02 Bayer Ag Hollow profile, especially a pipe made of long-fibre-reinforced plastic, and method of manufacturing such a profile
US5411300A (en) * 1993-03-16 1995-05-02 Toyoda Gosei Co., Ltd. Hose connecting assembly
DE19538360C1 (en) 1995-10-14 1997-04-03 Dornier Gmbh Propshafts for motor vehicles
FR2755494A1 (en) * 1996-11-04 1998-05-07 Nobel Plastiques METHOD FOR LOCKING THE HANDLE OF A PLASTIC TUBE ON A MOUTHPIECE
DE10014332A1 (en) 2000-03-24 2001-10-04 Basf Ag Composite component and method for its production
DE10249591A1 (en) 2002-10-24 2004-05-13 Schütze GmbH & Co. KG Joint for introducing loads into a fiber reinforced composite tube or bar is formed by insertion of additional curable composite material between slits at the bar end
JP2004291505A (en) 2003-03-27 2004-10-21 Toyota Industries Corp Method for manufacturing power transmission shaft and jig
DE102004021144A1 (en) 2004-04-29 2005-11-24 Schütze GmbH & Co. KG Arrangement for torque transmission into pipe made of fiber compound material, comprising complementary conical elements
WO2005105417A1 (en) 2004-04-29 2005-11-10 Technische Universität Dresden Hollow structure made of fiber-reinforced plastic with load introducing elements
DE102004038082B4 (en) 2004-07-28 2008-02-28 Technische Universität Dresden Anchoring fiber reinforced tie rods
DE102006010271A1 (en) 2006-03-02 2007-09-06 Lanxess Deutschland Gmbh Joining of fiber-reinforced material with an injection molding material, component and device for carrying out the method
DE102006038930A1 (en) 2006-08-18 2008-02-21 Daimler Ag Manufacturing composite component for vehicle, places metal tube in mold cavity, pressurizes it internally and injection-molds plastic around it
DE102006039565A1 (en) 2006-08-23 2008-03-06 Schütze GmbH & Co. KG Force transmission unit for fiber composite rod or pipe, has threaded sleeve inserted from front for holding unit together with stopper and screw, where unit is stuck together with fiber composite rod provided with ring coil on outer side
DE102007017414A1 (en) 2007-04-13 2008-10-23 Daimler Ag Method for producing a composite component
DE102007060628A1 (en) 2007-12-15 2009-06-18 Daimler Ag Process for the production of composite components
DE202008008821U1 (en) 2008-08-28 2010-02-11 STABILA Messgeräte Gustav Ullrich GmbH laser device
DE102008057893A1 (en) 2008-11-18 2010-05-27 Manitowoc Crane Group France Sas Force introduction arrangement for a fiber composite tension rod
DE102009056472A1 (en) 2009-12-01 2011-06-09 Daimler Ag Method for manufacturing composite component for pultrusion system, involves guiding textile semi-finished product and metallic semi-finished fiber product through heater to forming tool, particularly nozzle
DE102010041790A1 (en) 2010-09-30 2012-04-05 Zf Friedrichshafen Ag Strut element e.g. floor support for coupling connection of components, has one connection region with bearing housing for force transmission, and another connection region formed as flattened end of semi-finished section
DE102011108219A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Daimler Ag Apparatus for producing composite tubular component, has infrared radiator, which is equipped in heating device, where transport medium is designed as conveyor belt, particularly adapted as contour of textile component
DE102012020184A1 (en) 2012-10-13 2013-03-28 Daimler Ag Rod element e.g. torsion bar spring for motor vehicle e.g. passenger car, has fiber reinforced plastic (FRP) tube whose bending point is non-circular cross-section shaped and provided with adjacent layers

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017137242A1 (en) 2016-02-10 2017-08-17 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Method for producing a structural element consisting of a fibre-composite hollow profile and load-introducing element, and structural element
US10618231B2 (en) 2016-02-10 2020-04-14 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Method for producing a structural element consisting of a fibre-composite hollow profile and load-introducing element, and structural element
DE102016202012B3 (en) * 2016-02-10 2017-06-08 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Process for the production of a structural element from fiber composite hollow profile and load introduction element
WO2018021995A1 (en) * 2016-07-25 2018-02-01 Kongsberg Actuation Systems Ii, Inc. Support assembly
US11326730B2 (en) 2016-07-25 2022-05-10 Kongsberg Actuation Systems Ii, Inc. Support assembly
DE102016216028B3 (en) * 2016-08-25 2017-07-06 Ford Global Technologies, Llc Method for producing a composite pipe for a motor vehicle body and composite pipe and motor vehicle
DE102017214334A1 (en) 2017-08-17 2019-02-21 Technische Universität Dresden Multi-material composite and process for its production
WO2019034777A1 (en) 2017-08-17 2019-02-21 Technische Universität Dresden Multi-material composite and method for producing same
CN111770826B (en) * 2018-02-24 2021-12-21 阿卡汽车有限公司 Structural member and/or coupling arrangement and/or method therefor
WO2019162780A1 (en) * 2018-02-24 2019-08-29 Arkal Automotive C.S. Ltd. Structural member and/or coupling arrangement and/or method for same
CN111770826A (en) * 2018-02-24 2020-10-13 阿卡汽车有限公司 Structural member and/or coupling arrangement and/or method therefor
US10995785B2 (en) 2018-02-24 2021-05-04 Arkal Automotive C.S. Ltd. Structural member and/or coupling arrangement and/or method for same
DE102018129530A1 (en) 2018-11-23 2020-05-28 Technische Universität Ilmenau Process for the production of complex curved structural elements from fiber-reinforced plastics and fiber composite spring produced therewith
DE102019121725A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-18 Lanxess Deutschland Gmbh Connection made of a metal pipe and a plastic component
US11913499B2 (en) 2019-09-05 2024-02-27 Albany Engineered Composites, Inc. Method for producing a positive-locking load application for rod-shaped fiber composite structures, and the design thereof
NL2026105B1 (en) * 2020-05-18 2021-12-03 Moba Group Bv Machine part
WO2021235931A1 (en) 2020-05-18 2021-11-25 Moba Group B.V. Cylindrically shaped carbon fibre reinforced part and method for its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014004158A1 (en) Process for the production of structural elements from load introduction element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements
EP3178634B1 (en) Method for producing a hybrid material component
DE102014004157B4 (en) Process for the production of load introduction flanges on fiber-reinforced hollow profiles with thermoplastic matrix
DE102014019724A1 (en) Process for the production of structural elements made of functional element and fiber-plastic composite hollow profile and structural elements
EP2468484B1 (en) Method for producing a hollow fibre compound component
DE102011011577A1 (en) Manufacturing torsion bar spring or rolling stabilizer for motor vehicle with tubular cross-section, comprises producing component by braiding and/or wrapping core with fiber bundles and thermal melting of matrix material
EP3374167B1 (en) Method for manufacturing a fibre-reinforced vehicle component
DE102009056472A1 (en) Method for manufacturing composite component for pultrusion system, involves guiding textile semi-finished product and metallic semi-finished fiber product through heater to forming tool, particularly nozzle
DE3113791A1 (en) "TUBULAR HOLLOW BODY, PROCESS FOR ITS PRODUCTION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE PROCESS"
DE102011111744A1 (en) Control box module and manufacturing process
DE102006062414A1 (en) Cylindrical tube for hydraulic cylinder, has cylindrical profile within area for forming piston stroke, where cylindrical profile includes truncated profile with transition area within area for receiving and attaching flange components
DE102010049563A1 (en) Method for manufacturing torsion bar spring of motor car, involves thermally melting matrix material during and/or after braiding and/or wrapping of core, and connecting component to torsion bar spring
DE102015100774A1 (en) Component, method and apparatus for its production
DE102009010589A1 (en) Hybrid composite profile is provided with core of thermoplastic resin and sheath surrounding core, where sheath is provided with partial section of two shells shaped semi-finished products
EP3009249A1 (en) Method for producing a hybrid composite component from organosheets and a metallic reinforcing element
DE102012010469A1 (en) Method for manufacturing fiber reinforced component, involves arranging pre-mold semi-finished material with moderate temperature shell elements in tool to be provided with plastic material, where fiber reinforced component is cured
DE102013222016A1 (en) Method for producing a reinforced fiber composite component in shell construction
EP3347193B1 (en) Method for producing a fiber-matrix composite (fmc) hybrid component, and fmc hybrid component
DE102010010876A1 (en) Loose mold core for manufacturing of components of polymer fiber-reinforced composites, is provided partly, particularly locally or in layer, with fiber reinforcement or textile reinforcement
EP3812121B1 (en) Vehicle door and production of the same
WO2014005584A1 (en) Method for producing a propeller shaft from a fiber-plastic composite material, propeller shaft, and propeller shaft arrangement
DE102013226084A1 (en) Method for producing a hollow body comprising an inner element of a metallic or non-metallic material and an outer element of a fiber composite material surrounding the inner element
EP3778179A1 (en) Method and device for producing a component
DE102016117103A1 (en) Process for producing a fiber composite component
WO2007118643A1 (en) Method for producing a moulding

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R130 Divisional application to

Ref document number: 102014019724

Country of ref document: DE

R082 Change of representative

Representative=s name: RAUSCHENBACH PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFTSGESE, DE

Representative=s name: PATENTANWAELTE RAUSCHENBACH, DE

Representative=s name: RAUSCHENBACH PATENTANWAELTE GBR, DE

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final