DE102014202566A1

DE102014202566A1 - Verbundteil umfassend eine Metallkomponente und eine endlosfasernverstärkte Kunststoffmaterialkomponente

Info

Publication number: DE102014202566A1
Application number: DE102014202566.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Kerkeling; Artur Poeppel; Steffen Jahn
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verbundteil (10), mindestens umfassend eine Metallkomponente (12) und eine Kunststoffmaterialkomponente (14), wobei die Kunststoffmaterialkomponente (14) einen Verbindungsabschnitt aufweist, welcher direkt mit der Metallkomponente (12) verbunden ist und einen Funktionalabschnitt, z. B. in der Form einer Strebe, welcher indirekt mit der Metallkomponente (12) über den Verbindungsabschnitt verbunden ist, wobei die Metallkomponente (12) eine Kontaktfläche (12a) aufweist, in welcher der Verbindungsabschnitt die Metallkomponente (12) kontaktiert, wobei die Kontaktfläche (12a), zur Verbesserung der Verbindung der Kunststoffmaterialkomponente (14) und der Metallkomponente (12) miteinander, einen flachen Flächenteilabschnitt (13) und eine sich von dem flachen Flächenteilabschnitt (13) erstreckende Flächenstruktur umfasst, wobei die Kunststoffmaterialkomponente (14) ein mit Endlosfasern (26, 28, 30) verstärktes Kunststoffmaterial (14a) umfasst, wobei die Endlosfasern (26, 28, 30) wenigstens in dem Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente (14) entlang einer Orientierungsachse (AO) ausgerichtet sind, und wobei die Endlosfasern (26, 28, 30) sich in dem Verbindungsabschnitt parallel zu der Kontaktfläche (12a) der Metallkomponente (12) erstrecken, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstruktur eine Mehrzahl von Erhöhungen (16) oder/und Vertiefungen (18) umfasst, welche entlang der Orientierungsachse (AO) aufeinanderfolgend angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundteil, mindestens umfassend eine Metallkomponente und eine Kunststoffmaterialkomponente, wobei die Kunststoffmaterialkomponente einen Verbindungsabschnitt aufweist, welcher direkt mit der Metallkomponente verbunden ist und einen Funktionalabschnitt, z. B. in der Form einer Strebe, welcher indirekt mit der Metallkomponente über den Verbindungsabschnitt verbunden ist, wobei die Metallkomponente eine Kontaktfläche aufweist, in welcher der Verbindungsabschnitt die Metallkomponente kontaktiert, wobei die Kontaktfläche, zur Verbesserung der Verbindung der Kunststoffmaterialkomponente und der Metallkomponente miteinander, einen flachen Flächenteilabschnitt und eine sich von dem flachen Flächenteilabschnitt erstreckende Flächenstruktur umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein solches Verbundteil zur Verwendung in der Automobilindustrie.
Ein Verbundteil der generischen Art ist zum Beispiel aus JP 2012-097814 A oder aus JP 2012-082935 A bekannt.
Steigende Anforderungen CO₂-Emissionen zu reduzieren zwingen Fahrzeughersteller unter anderen das Gewicht von zukünftigen Fahrzeugen zu reduzieren. Eine Gewichtsreduktion kann, wo angebracht, durch Verwendung von Leichtgewichtsdesign realisiert werden, insbesondere durch Verwendung von faserverstärkten Kunststoffmaterialien und durch Auswählen und Anwenden eines spezifischen Materials für einen spezifischen Zweck.
Als eine Folge wird eine erhöhte Anzahl von unterschiedlichen Materialien im Bau zukünftiger Autos verwendet werden, wobei eine sichere Technik zur Kombination unterschiedlicher Material miteinander bereitgestellt wird.
Zum Beispiel kann Metal für Karosseriebereiche und Teile angewendet werden, welche komplexe Lastbeanspruchungen übertragen müssen. Faserverstärkte Kunststoffe sind vorteilhaft, wenn Kräfte in einer bekannten bevorzugten Richtung übertragen werden sollen. Ein Kombinieren solcher unterschiedlicher Materialien an unterschiedlichen Orten in einer komplexen technologischen Struktur, wie zum Beispiel einem Auto, benötigt eine zuverlässige und sichere Verbindung von involvierten Materialien.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbundteil der generischen Art bereitzustellen, welches eine überlegene Zugfestigkeit in seinem Funktionalabschnitt bereitstellt und welches eine verbesserte zuverlässige Verbindung zwischen der Kunststoffmaterialkomponente und der Metallkomponente durch den Verbindungsabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Verbesserung der Zugfestigkeit des Funktionalabschnitts gelöst durch ein Verbundteil der generischen Art, in welchem die Kunststoffmaterialkomponente ein mit Endlosfasern verstärktes Kunststoffmaterial umfasst, wobei die Endlosfasern wenigstens in dem Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente entlang einer Orientierungsachse ausgerichtet sind. Dadurch kann der Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente mit verbesserter Zugfestigkeit wenigstens entlang der Orientierungsachse, entlang welcher die Endlosfasern ausgerichtet sind, bereitgestellt werden.
Gemäß den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder herausgefunden, dass es vorteilhaft für eine Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente und der Kontaktfläche der Metallkomponente ist, dass die Flächenstruktur, welche sich von dem flachen Flächenteilabschnitt erstreckt, so ausgebildet ist, dass die Flächenstruktur bis zu einem gewissen Grad der Ausrichtung der Endlosfasern in der Kunststoffmaterialkomponente folgt.
Aus diesem Grund ist die oben definierte Aufgabe bezüglich einer Verbesserung der Verbindung zwischen den zwei involvierten Komponenten ferner gelöst durch Anordnen der Endlosfasern dem Verbindungsabschnitt, sodass sie sich im Wesentlichen parallel zu der Kontaktfläche der Metallkomponente erstrecken und ferner durch Ausbilden der Flächenstruktur mit einer Mehrzahl von Erhöhungen oder/und Vertiefungen, welche nacheinander entlang der Orientierungsachse angeordnet sind.
Ein Ausbilden der Erhöhungen oder/und Vertiefungen innerhalb der Kontaktfläche der Metallkomponente erhöht den Kontaktflächenbereich des Verbindungsabschnitts der Kunststoffmaterialkomponente mit der Metallkomponente, was wiederum zu einer erhöhten Verbindungskraft führt, welche zwischen den zwei involvierten Komponenten wirkt. Die Verbindungskraft kann durch eine erhöhte Adhäsionskraft erhöht sein, welche üblicherweise proportional zu dem Adhäsionskontaktbereich ist, wenn die Kontaktfläche eine entsprechende Behandlung erhalten hat, zum Beispiel ein Beschichten, um eine Verbindungskraft im Zusammenwirken mit dem Kunststoffmaterial zu entwickeln, oder/und durch Bereitstellen von mehr Raum zum Anordnen von Formschlussformationen, beispielsweise Durchgangsöffnungen, welche starr/formschlüssig den Verbindungsabschnitt an der Kontaktfläche sichern.
Da ferner die überwiegende Last, welche an dem Verbundteil angreift, entlang der Orientierungsachse angreifen wird – aus diesem Grund sind die Endlosfasern entlang dieser Achse ausgerichtet – verbessert ein Ausbilden der Mehrzahl von Erhöhungen oder/und Vertiefungen aufeinanderfolgend entlang der Orientierungsachse die Verbindung zwischen der Kunststoffmaterialkomponente und der Metallkomponente in dem vorherrschenden Lastzustand einer Zuglast, welche entlang der Orientierungsachse wirkt. In dem Fall addiert sich ein vorteilhafter Formschlussaspekt zu dem bereits erhöhten Kontaktflächenbereich, was zu einem Verbundteil mit den geforderten Eigenschaften gemäß der oben definierten Aufgabe der vorliegenden Erfindung führt.
Höchst bevorzugt sind die Endlosfasern in dem Verbindungsabschnitt nicht nur parallel zu der Kontaktfläche, sondern auch entlang der Orientierungsachse ausgerichtet.
Um jegliche Zweifel auszuräumen, unterscheidet der geübte Praktiker im Wesentlichen drei Typen von Verstärkungsfasern in einem Kunststoff, insbesondere einer Thermoplastmatrix, gemäß deren Längen. Als erstes gibt es so genannte ”Kurzfasern”, welche eine Länge in einem einstelligen Millimeterbereich aufweisen. Als zweites gibt es so genannte ”Langfasern”, welche eine Länge in dem Bereich von 10 bis 50 mm aufweisen. Als drittes gibt es so genannte „Endlosfasern”, welche eine Länge von mehr als 50 mm aufweisen. Es ist klar, dass Endlosfasern nicht buchstäblich ”endlos” sind, sondern eine endliche Länge aufweisen. In dem Fall, dass andere Definitionen für die drei Längentypen von Verstärkungsfasern im Stand der Technik gefunden werden können, sollen die oben genannten Definitionen für Kurzfasern, Langfasern und Endlosfasern für die vorliegende Patentanmeldung angewendet werden.
Vorzugsweise verwendet die Kunststoffmaterialkomponente eine Thermoplastmatrix, vorzugsweise ein Polyolefin, besonders bevorzugt Polypropylen. Grundsätzlich können die Endlosfasern aus jedem geeigneten Material gemacht sein, zum Beispiel Glas oder auch organischem Material. Aufgrund dieser hohen Zugfestigkeit werden Carbonfasern als Endlosfasern der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Wenn oben ausgesagt wird, dass die Kunststoffmaterialkomponente ein mit Kunststofffasern verstärktes Kunststoffmaterial umfasst, bedeutet dies, dass von denjenigen, welche durch Endlosfasern verstärkt sind, unterschiedliche Kunststoffmaterialteilabschnitte auch in der Kunststoffmaterialkomponente vorliegen können.
Der flache Flächenteilabschnitt ist flach, derart, dass er keine oder nur vernachlässigbare Erhöhungen oder/und Vertiefungen, verglichen zu deren der Flächenstruktur, aufweist. Der flache Flächenteilabschnitt, und mit ihm die Kontaktfläche als Ganzes, kann eben sein oder kann um eine oder mehrere Achsen einer Krümmung gekrümmt sein. Die Kontaktfläche kann weitere Vorsprünge oder/und Ausnehmungen zusätzlich zu denen der Flächenstruktur umfassen.
Um eine gleichmäßig gewellte Flächentextur der Kontaktfläche bereitzustellen, vermeidend jegliche Beulen/Dellen oder scharfe Biegungen der Endlosfasern, welche üblicherweise der Flächentextur der Kontaktfläche der Metallkomponente folgen, kann das Verbundteil ferner in seiner Verbindungsstärke durch Vorsehen der Erhöhungen, wenn die Seite der Metallkomponente betrachtet wird, welche der Kunststoffmaterialkomponente zugewandt ist, sodass sie konvex gekrümmt sind oder/und durch Vorsehen der Vertiefungen, wenn die Seite der Metallkomponente betrachtet wird, welche der Kunststoffmaterialkomponente zugewandt ist, sodass sie konkav gekrümmt sind, jede mit einer Krümmungsachse, welche einen Winkel, vorzugsweise einen rechten Winkel, mit der Orientierungsachse einschließt, wobei die Krümmungsachse besonders bevorzugt parallel zu dem flachen Flächenteilabschnitt der Kontaktfläche ausgerichtet ist. Weitere Krümmungen der Erhöhungen oder/und Vertiefungen um weitere Krümmungsachsen zusätzlich zu den gerade erwähnten sind nicht ausgeschlossen.
Es kann daran gedacht werden, nur Erhöhungen zu haben oder nur Vertiefungen zu haben, welche aufeinanderfolgend entlang der Orientierungsachse angeordnet sind.
Eine aufgrund einer Erhöhung des Kontaktflächenbereichs kombiniert mit einem Maximum eines Formschlusseffekts ohne einer Vorname weiter Maßnahmen besonders bevorzugte Flächenstruktur wird jedoch erreicht, wenn die Kontaktfläche sowohl Erhöhungen als auch Vertiefungen umfasst, welche Erhöhungen und Vertiefungen alternierend entlang der Orientierungsachse angeordnet sind.
Aufgrund der oben genannten Gründe ist es vorteilhaft Erhöhungen oder/und Vertiefungen in Reihen entlang der Orientierungsachse anzuordnen. Dann, wenn Erhöhungen und Vertiefungen alternierend entlang der Orientierungsachse innerhalb jeder Reihe angeordnet sind, können direkt benachbarte Reihen in der Axialrichtung versetzt sein, sodass in einer Richtung parallel zu dem flachen Flächenteilabschnitt der Kontaktfläche und orthogonal zu der Orientierungsachse eine Erhöhung eine Vertiefung als eine benachbarte Flächenstrukturform und umgekehrt aufweist. Vorteilhafterweise weisen die Erhöhungen oder/und Vertiefungen die selbe axiale Länge auf, sodass die Verstärkungsfasern entlang deren Orientierungsachse in einem gleichmäßigen Muster oszillieren.
Um jeglichen Schaden an den Verstärkungsfasern zu vermeiden, insbesondere wenn diese Carbonfasern sind, welche empfindlich auf scharfe Biegungen sind, sind die Erhöhungen oder/und Vertiefungen vorzugsweise frei von Beulen/Dellen, zumindest in deren Erstreckung entlang der Orientierungsachse, ausgebildet.
„Axial” bezieht sich im Kontext der vorliegenden Anmeldung immer auf die Orientierungsachse, sofern nicht explizit Gegenteiliges gesagt ist.
Die Erhöhungen oder/und Vertiefungen können durch Prägen oder Tiefziehen der Metallkomponente, welche vorzugsweise in der Form einer Blechplatte vorliegt, ausgebildet werden.
Es können Ausführungsformen vorliegen, wo entsprechend der Wahl eines Materials keine Adhäsionskraft zwischen der Metallkomponente der Kunststoffmaterialkomponente erhalten werden kann. Um einen formschlüssigen Eingriff (Angriff) zu ermöglichen, zusätzlich zu oder alternativ zu einer adhäsiven Verbindung zwischen der Metallkomponente und der Kunststoffmaterialkomponente kann das Verbundteil gemäß der vorliegenden Erfindung ferner darin verbessert werden, dass die Metallkomponente Durchgangsöffnungen in der Kontaktfläche aufweist, welche die Metallkomponente von der Kontaktflächenseite zu der Seite der Metallkomponente, welche der Kontaktflächenseite gegenüberliegt, durchdringen, wobei die Durchgangsöffnungen mit Kunststoffmaterial gefüllt sind.
Beim Bilden, insbesondere Prägen oder Tiefziehen, der Erhöhungen oder/und Vertiefungen, insbesondere mit der oben bestimmten bevorzugten Krümmung, ist es eine einfache Art zum Erzeugen von Durchgangsöffnungen, diese zwischen einer Erhöhung oder/und einer Vertiefung und dem verbleibenden Metall der Kontaktfläche der Metallkomponente auszubilden. Dazu können Erhöhungen oder/und Vertiefungen entlang deren longitudinalen Kanten, welche sich vorwiegend entlang der Orientierungsachse erstrecken, von dem Metall in der Region der verbleibenden Kontaktfläche getrennt sein. Durch diese Trennung wird der Materialzusammenhang zwischen den Erhöhungen oder/und Vertiefungen und dem verbleibenden Metall der Kontaktfläche aufgegeben. Wenn die Erhöhungen oder/und Vertiefungen geprägt sind oder anders ausgebildet sind, zum Beispiel durch einen Tiefziehprozess oder Ähnliches, wird eine Durchgangsöffnung zwischen der Erhöhung oder/und Vertiefung und dem verbleibenden Metall der Kontaktfläche erzeugt. Dann sind die so geformten Durchgangsöffnungen zumindest teilweise durch die longitudinalen Kanten der Erhöhungen oder/und Vertiefungen umarmt.
Da das erfindungsgemäße Verbundteil vorzugsweise durch einen Formpressprozess oder durch eine Kombination eines Formpressprozesses und eines Spritzgussprozesses gebildet ist, kann Kunststoffmaterial während eines oder beider dieser Formprozesse einfach in so hergestellte Durchgangsöffnungen eintreten und dadurch einen formschlüssigen Eingriff zusätzlich zu oder als eine Alternative zu einem adhäsiven Eingriff zwischen den Verbindungsabschnitten der Kunststoffmaterialkomponente und der Kontaktfläche der Metallkomponente etablieren. Das Ergebnis ist eine hohe Verbindungsstärke der Metallkomponente und der Kunststoffmaterialkomponente.
Ein Ausbilden von Durchgangsöffnungen durch Ausbilden von Erhöhungen oder/und Vertiefungen in der oben beschrieben Art kann ausreichend sein. Jedoch können zusätzlich oder alternativ Durchgangsöffnungen auch in der verbleibenden Kontaktfläche oder/und in den Erhöhungen oder/und den Vertiefungen ausgebildet sein. Hier wird eine Ausbildung von Durchgangsöffnungen in den Vertiefungen besonders bevorzugt, da die Verstärkungsfasern, welche den Erhöhungen oder/und Vertiefungen folgen, dazu neigen sich zu dehnen, wenn sie einer Zuglast unterworfen sind, sodass eine Schiebekraft an dem Teilabschnitt der Verstärkungsfasern wirkt, welche über eine Erhöhung laufen, welche dazu neigt diese in Richtung der Erhöhung zu schieben, vorzugsweise lokal den Druck zwischen der Metallkomponente und der Kunststoffmaterialkomponente in der Region der Erhöhung erhöhend. Jedoch kann eine Zugkraft lokal an dem Teilabschnitt der Verstärkungsfasern wirken, welche über eine Vertiefung laufen, welche dazu neigt, diese lokale Teilabschnitte der Verstärkungsfasern von den Vertiefungen abzuheben, was unvorteilhafterweise dazu neigt, eine Hebekraft zu erzeugen, welche an der Kunststoffmaterialkomponente wirkt. Um diesen Hebeeffekt zu kompensieren können Durchgangsöffnungen in den Vertiefungen als eine Gegenmaßnahme ausgebildet sein. Im Kontrast können Erhöhungen frei von Durchgangsöffnungen ausgebildet sein, sodass ihr maximaler Kontaktbereich aufrechterhalten ist, um Adhäsionskräfte zwischen dem Kunststoffmaterial in das Metall zu übertragen, was auch den Aufwand beim Bauen eines Formwerkzeugs zum Ausbilden der Metallkomponente reduziert.
Durchgangsöffnungen können eine längliche Form aufweisen, welche eine längere Abmessung entlang der Orientierungsachse als orthogonal dazu aufweist, sodass durch Endlosfasern verstärktes Kunststoffmaterial in die Durchgangsöffnungen eintreten kann, um zu einem formschlüssigen Eingriff beizutragen. Die definierte längliche Form der Durchgangsöffnungen führt ferner zu einer Querschnittsfläche der Metallkomponente – wenn in einer Schnittfläche orthogonal zu der Orientierungsachse betrachtet – welche nur wenig reduziert ist, verglichen mit derselben Komponente ohne Durchgangsöffnungen. Aus diesem Grund kann eine Verringerung der Zugfestigkeit der Metallkomponente entlang der Orientierungsachse aufgrund der Ausbildung der Durchgangsöffnungen minimiert sein.
Die Flächenstrukturformen: Erhöhungen oder/und Vertiefungen sollen vorzugsweise so konstruiert sein, dass zwei Flächenstrukturformen, welche direkt entlang der Orientierungsachse aufeinanderfolgen in Kontakt sein können oder benachbart sein können zu ein und derselben Endlosfaser. In anderen Worten ist es bevorzugt, dass die Endlosfasern eine Länge von zwei Flächenstrukturformen: Erhöhungen oder/und Vertiefungen aufweisen, welche direkt entlang der Orientierungsachse aufeinanderfolgen.
Wie oben dargelegt, kann das Kunststoffmaterial nur aus dem endlosfaserverstärkten Thermoplast, insbesondere Polyolefin, besonders bevorzugt Polypropylen bestehen. Solch ein endlosfaserverstärktes Kunststoffmaterial kann in Bandrollen für den Prozess einer Produktion des Verbundteils bereitgestellt sein, von welchen Rollen das Band abgewickelt wird und in angemessenen Längen zugeschnitten wird.
Jedoch kann die Kunststoffmaterialkomponente ein weiteres Kunststoffmaterial umfassen, welches keine Faserverstärkung aufweist oder welches eine Faserverstärkung aufweist mit Verstärkungsfasern, welche kürzer als die Endlosfasern des erstgenannten Kunststoffmaterials sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dieses weitere Kunststoffmaterial ein GMT-Material, d. h. eine Kunststoffmaterialmatrix, welche durch in der Matrix zufällig verteilte Langfasern verstärkt ist. Vorzugsweise sind diese Langfasern Glasfasern, wobei jedoch andere Typen von Fasern nicht ausgeschlossen werden können.
Um eine gute Verbindung zwischen der Kunststoffmaterialkomponente und der Metallkomponente zu erreichen kann die Metallkomponente in Kunststoffmaterial eingebettet sein, sodass die Kontaktflächenseite sowie die hierzu gegenüberliegende Seite der Metallkomponente durch Kunststoffmaterial kontaktiert ist. Auch die Seitenkanten der Kontaktfläche, welche vorwiegend sich entlang der Orientierungsachse erstrecken, können durch Kunststoffmaterial umgeben sein.
„Sich vorwiegend entlang der Orientierungsachse erstrecken” in dem Kontext der vorliegenden Anmeldung bedeutet, dass die Richtung einer Erstreckung eine Komponente einer Erstreckung parallel zu der Orientierungsachse aufweisen kann und ferner Komponenten einer Erstreckung orthogonal dazu aufweisen kann, wobei die Komponente parallel zu der Orientierungsachse betragsmäßig die größte Komponente ist.
Das Verbundteil kann sehr kosteneffizient ausgebildet werden, wenn der Gehalt an Endlosfasern in dem Kunststoffmaterial größer an der Kontaktflächenseite der Metallkomponente als an der Seite gegenüber der Kontaktflächenseite ist. In diesem Fall wird ein Vorsehen nur einer Seite der Metallkomponente mit durch ausgerichteten Endlosfasern verstärktem Kunststoffmaterial benötigt.
Obwohl Endlosfasern, zum Beispiel durch die oben genannten Durchgangsöffnungen, sich in Teilen auch auf der Seite der Metallkomponente, welche gegenüber der Kontaktflächenseite ist, erstrecken können, wird bevorzugt, dass Endlosfasern nur an der Kontaktflächenseite vorliegen.
Gleichfalls wird bevorzugt, dass der Gehalt an kürzeren Verstärkungsfasern größer an der Seite gegenüber der Kontaktflächenseite ist als an der Kontaktflächenseite der Metallkomponente. „Gehalt” in diesem Kontext meint immer Gewichtsprozent von Verstärkungsfasern in Bezug zu dem Gesamtgewicht an Kunststoffmaterial an einer Seite der Metallkomponente.
Ein bevorzugtes durch Formpressen ausgebildetes Verbundteil kann in der folgenden Art ausgebildet werden. Ein GMT-Rohling wird in die untere Formhälfte getan. Die Metallkomponente wird oben auf den GMT-Rohling getan. Oben auf die Metallkomponente, somit auf seine Kontaktfläche, wird ein Polyolefinband mit unidirektional ausgerichteten Endlosfasern platziert und oben auf dieses Band wird wieder ein GMT-Rohling platziert. Die Form wird dann geschlossen und das Verbundteil wird durch Formpressen ausgebildet. ”GMT” steht für ”Glasmatten verstärktes Thermoplast”. Dies ist vorzuweisen eine Thermoplastmatrix, welche durch zufällig verteilte lange Glasfasern verstärkt ist. Das aus diesem Prozess resultierende Verbundteil weist lange Glasfasern an beiden Seiten der flachen Metallkomponente auf, weist jedoch ausgerichtete Endlosfasern nur an einer Seite davon auf. Aus diesem Grund ist der Langfasergehalt in Bezug zu dem Gesamtgehalt an Kunststoffmaterial geringer an der Kontaktflächenseite als auf der gegenüberliegenden Seite der Metallkomponente, wobei der Gehalt an Endlosfasern an der Kontaktflächenseite höher ist als an der gegenüberliegenden Seite.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist somit diesen Teilabschnitt der Metallkomponente auf, welcher die Kontaktfläche trägt, welche zwischen dem endlosfasernverstärkten Kunststoffmaterial und dem weiteren Kunststoffmaterial geschichtet ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist das endlosfasernverstärkte Kunststoffmaterial und den die Kontaktfläche tragenden Teilabschnitt der Metallkomponente auf, geschichtet zwischen zwei Schichten des weiteren Kunststoffmaterials.
In dem Fall, dass die Metallkomponente in Kunststoffmaterial eingebettet ist, ist die Seite der Metallkomponente, welche dem Kunststoffmaterial zugewandt ist, welches ausgerichtete Endlosfasern umfasst oder welches mehr endlose ausgerichtete Fasern als die andere Seite umfasst, die Kontaktflächenseite, welche die oben erwähnte Kontaktfläche aufweist.
Gemäß einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, welcher in Kombination mit oder als eine Alternative zu dem ersten Aspekt verwendet werden kann, kann die oben erwähnte Aufgabe der Erfindung für ein generisches Verbundteil auch dadurch gelöst werden, dass die Kunststoffmaterialkomponente ein durch Endlosfasern verstärktes Kunststoffmaterial umfasst, wobei in dem Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente die Endlosfasern entlang einer Orientierungsachse ausgerichtet sind, und wobei die Endlosfasern sich in dem Verbindungsabschnitt parallel zu der Kontaktfläche der Metallkomponente erstrecken, wobei der Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente sich in einer ersten Richtung entlang der Orientierungsachse weg von der Metallkomponente erstreckt, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstruktur zumindest einen Stoppwandteilabschnitt umfasst, welcher von dem flachen Flächenteilabschnitt der Kontaktfläche hervorspringt und einen Winkel, vorzugsweise einen spitzen Winkel, mit der Orientierungsachse einschließt, welcher Stoppwandteilabschnitt zumindest mit seiner Stoppfläche, welche in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zeigt, in anliegendem Eingriff mit dem Verbindungsabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente ist.
Wiederum dient die Verstärkung durch Endlosfasern zur Verbesserung der Zugfestigkeit der Kunststoffmaterialkomponente. Die Vorteile, welche oben für den ersten Aspekt genannt sind, gelten auch für diesen zweiten Aspekt.
In dem zweiten Aspekt wird der Fokus auf den Funktionalabschnitt gelegt, welcher sich in einer ersten Richtung entlang der Orientierungsachse weg von der Metallkomponente erstreckt, da solche Funktionalabschnitte im Besonderen Zuglasten unterworfen sind.
Die Idee hinter dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es einen mechanischen Stopp durch den Stoppwandteilabschnitt bereitzustellen, welcher die Kunststoffmaterialkomponente am Platz hält durch Verbleiben in engem anliegendem Eingriff mit seinem Verbindungsabschnitt. Dies führt zu einer Verbindungstärke in der Größenordnung der Materialzusammenhangstärke der Kunststoffmaterialkomponente oder der Metallkomponente, da unter einer Zuglast, welche an dem Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente wirkt, eine Trennung der individuellen Komponenten des Verbundteils nur auftreten kann durch entweder eine Zerstörung der Kunststoffmaterialkomponente, d. h. Durchbrechen oder Auseinanderreißen oder durch eine Zerstörung der Metallkomponente, d. h. Durchbrechen oder Biegen weg von dem Stoppwandteilabschnitt.
Um den Verbindungsabschnitt so auszubilden, dass er einfach und zuverlässig den oben genannten anliegenden Eingriff mit dem Stoppwandteilabschnitt der Metallkomponente aufbauen kann, ist der Verbindungsabschnitt vorzugsweise so ausgebildet, dass er einen Fächerteilabschnitt aufweist, dessen Breite sich in der zweiten Richtung vergrößert, in welchem Fächerteilabschnitt die Endlosfasern entlang deren Erstreckung in der zweiten Richtung auseinandergehen. Das Auseinandergehen der Endlosfasern in dem Fächerteilabschnitt stellt in dem gesamten Fächerteilabschnitt mit einer erhöhten Zugfestigkeit bereit, obwohl die Endlosfasern nicht mehr parallel zu der Orientierungsachse verlaufen, jedoch nur ein Aufweisen einer Komponente einer Erstreckung entlang dieser Achse aufrechterhalten.
Die Breite des Fächerteilabschnitts kann in einer zweiten Richtung ansteigen, d. h. in einer Richtung weg von dem Stoppwandteilabschnitt und weg von dem Funktionalabschnitt, stufenweise oder kontinuierlich. Ein kontinuierlicher Anstieg der Breite des Fächerteilabschnitts ist bevorzugt, um Kerbwirkungen zu vermeiden.
Ferner kann die Höhe des Fächerteilabschnitts sich in der zweiten Richtung verringern, sodass die Querschnittsfläche des Fächerteilabschnitts, wenn in einer Schnittfläche orthogonal zu der Orientierungsachse betrachtet, konstant entlang der Orientierungsachse verbleibt. Ein so geformter Fächerteilabschnitt kann durch einen regulären Kunststoffmaterialrohling gebaut werden, d. h. das oben genannte Band, eine konstante Querschnittsform und -fläche entlang der Orientierungsachse aufweisend, wenn in der Schnittfläche orthogonal zu dieser Achse betrachtet. Durch Ausbilden eines Fächerteilabschnitts an dem longitudinalen Ende des oben genannten Bandes aus einem ursprünglich rechteckigen Querschnitt entlang der Orientierungsachse ist das Auseinandergehen der Endlosfasern in dem Fächerteilabschnitt ein vorteilhaftes Ergebnis eines Ausbildens des Fächerteilabschnitts selbst.
Als ein passendes Teil, wird dann bevorzugt, dass die Kontaktfläche einen auseinandergehenden Teilabschnitt aufweist, dessen Breite sich in der zweiten Richtung vergrößert, welcher auseinanderlaufende Teilabschnitt in Kontakt mit dem Fächerteilabschnitt des Verbindungsabschnitts ist.
Um in der Lage zu sein eine symmetrische Lastverteilung an beiden Komponenten des Verbundteils zu erzeugen, kann daran gedacht werden in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, dass die Metalkomponente zwei Stoppwandteilabschnitte umfasst, welche von der Kontaktfläche hervorspringen, von welchen jeder einen Winkel mit der Orientierungsachse einschließt und zwischen welchen ein Teilabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente angeordnet ist. Der Teilabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente, welcher zwischen den zwei Stoppwandteilabschnitten angeordnet ist, wird üblicherweise ein Teilabschnitt des Funktionalabschnitts oder eines Zwischenabschnitts zwischen dem Funktionalabschnitt und dem Verbindungsabschnitt sein. Auf dieser Art kann eine Zuglast, welche an dem Funktionalabschnitt wirkt, in die Metallkomponente und durch die Metallkomponente in eine weitere Tragestruktur an beiden lateralen Seiten der Funktionalkomponente übertragen werden.
Eine bevorzugte keilartige Situation kann geschaffen werden, wenn die zwei Stoppwandteilabschnitte aufeinander zugeneigt sind. Vorzugsweise springt der mindestens eine Stoppwandteilabschnitt so von dem flachen Flächenteilabschnitt hervor, dass seine Stoppfläche unter einem rechten Winkel bezüglich des flachen Flächenteilabschnitts angeordnet ist. Der Winkel zwischen einer Stoppfläche und einen flachen Flächenteilabschnitt kann auch kleiner als 90° sein, sodass das Applizieren einer Zuglast an dem Funktionalabschnitt ferner zu einem erhöhten Druck zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Kontaktfläche der Metallkomponente führen kann. Ferner bevorzugt sind die jeweiligen Stoppflächen der zwei Stoppwandteilabschnitte unter gleichen Winkeln bezüglich des flachen Flächenteilabschnitts bereitgestellt und sind ferner auch unter gleichen Winkeln relativ zu der Orientierungsachse bereitgestellt. Höchst bevorzugt sind jeweils die zwei Stoppwandteilabschnitte symmetrisch zu einer Symmetriefläche, welche sich entlang der Orientierungsachse und orthogonal zu der Kontaktfläche oder deren flachen Flächenteilabschnitt erstreckt, angeordnet.
Die Fähigkeit Lasten von der Kunststoffmaterialkomponente zu der Metallkomponente und weiter zu einer das Verbundteil tragenden Struktur zu übertragen kann ferner dadurch erhöht werden, dass die Erstreckungshöhe von dem mindestens einen Stoppwandteilabschnitt, vorzugsweise von beiden Stoppwandteilabschnitten, sich in seiner/ihrer Richtung eines Hervorspringens von dem flachen Flächenteilabschnitt entlang der ersten Richtung erhöht. Durch dieses bevorzugte Merkmal kann der mindestens eine Stoppwandteilabschnitt bündig mit dem Fächerteilabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente ausgebildet sein, wenn die Letztere mit einer sich verringernden Höhe in der zweiten Richtung ausgebildet ist, wie es oben beschrieben ist.
In einer weiteren verbesserten Ausführungsform kann realisiert sein, dass die Kontaktfläche eine weitere Flächenstruktur aufweist, welche im formschlüssigen Eingriff mit dem Verbindungsabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente ist, um zu verhindern, dass der Verbindungsabschnitt sich von der Kontaktfläche abschält oder sich abhebt. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die weitere Flächenstruktur sich von dem flachen Flächenteilabschnitt der Kontaktfläche in derselben Richtung wie der zumindest eine Stoppwandteilabschnitt erstreckt und sich in den Verbindungsabschnitt, insbesondere in den Fächerteilabschnitt, hinein erstreckt.
Die weitere Flächenstruktur kann Hinterschnittformationen aufweisen, welche geeignet sind die Kunststoffmaterialkomponente, insbesondere deren Verbindungsabschnitt, besonders fest an der Metallkomponente zu halten. Die Hinterschnittformationen der weiteren Flächenstruktur verhindern somit, dass die Kunststoffmaterialkomponente von der Metallkomponente abgehoben wird. Die Hinterschnittformation kann sein: eine T-Form, eine Pilzform oder kann in der Form eines invertierten Konus oder eines Dreiecks sein, welcher/welches sich von einem freien distalem Ende in Richtung auf sein proximales Ende an der Kontaktfläche verjüngt.
Als ein Konstruktionsgegenstand kann die weitere Flächenstruktur Vorsprungselemente umfassen, welche von dem flachen Flächenteilabschnitt der Kontaktfläche hervorspringen, welche Vorsprungselemente an den flachen Flächenteilabschnitt gelötet oder geschweißt sind oder welche durch Schneiden und Herausbiegen aus dem flachen Flächenteilabschnitt ausgebildet sind. Wegen der oben genannten Gründe können die Vorsprungselemente eine Hinterschnittform in einer Abheberichtung des Verbindungsabschnitts von der Kontaktfläche aufweisen. Die weitere Flächenstruktur kann jedoch nicht nur dazu dienen, um einen weiteren formschlüssigen Eingriff des Verbindungsabschnitts mit der Metallkomponente bereitzustellen, sondern kann auch dazu dienen, die Endlosfasern innerhalb des Fächerteilabschnitts des Verbindungsabschnitts zu führen, um ein ordnungsgemäßes und vorteilhaftes Auseinandergehen der endlosen Verstärkungsfasern innerhalb des Fächerteilabschnitts sicherzustellen. Zu diesem Zweck kann dran gedacht werden, dass eine Breitenabmessung der weiteren Flächenstruktur sich jeweils in der zweiten Richtung und orthogonal zu der Orientierungsachse erhöht, wobei die Breitenrichtung parallel zu der Kontaktfläche oder ihrem flachen Flächenteilabschnitt ist. Ferner verbessert der Winkel oder Bogen eines Kontakts, entlang welchem die Fasern um die Vorsprungselemente gewunden sind, ferner den Formschlusseffekt, welcher durch den formschlüssigen Eingriff zwischen den Vorsprungselementen und dem Verbindungsabschnitt bereitgestellt ist.
Die Vorsprungselemente sind daher vorzugsweise in dem auseinandergehenden Teilabschnitt der Metallkomponente angeordnet.
Die Breitenabmessung der weiteren Flächenstruktur kann zum Beispiel in der zweiten Richtung erhöht sein durch Vorsehen von Linien von Vorsprungselementen mit einer Linienrichtung, welche mit der oben definierten Breitenrichtung zusammenfällt und durch Erhöhen des Abstandes in der Breitenrichtung zwischen benachbarten Vorsprungselementen derselben Linie von einer Linie zu einer nachfolgenden in der zweiten Richtung.
Als eine alternative oder zusätzliche Maßnahme kann die Anzahl von Vorsprungselementen in konsekutiven Linien von Linie zu Linie in der zweiten Richtung erhöht sein.
Der Effekt der weiteren Flächenstruktur eines Förderns des Auseinandergehens der endlosen Verstärkungsfasern kann ferner verbessert werden durch Anordnen mindestens eines Teils der Vorsprungselemente, welcher direkt aufeinander in der zweiten Richtung folgen, sodass sie in der Breitenrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Vorsprungselemente in der zweiten Richtung können eine gestaffelte/gestufte Anordnung aufweisen.
Um die Kunststoffmaterialkomponente relativ zu der Metallkomponente an einer Stelle zu sichern, auch in einem Fall, in dem eine Last in der zweiten Richtung entlang der Orientierungsachse wirkt, kann daran gedacht werden, dass die Flächenstruktur einen Endwandteilabschnitt umfasst, welcher von dem flachen Flächenteilabschnitt in derselben Richtung wie der mindestens eine Stoppwandteilabschnitt hervorspringt, wobei der Endwandteilabschnitt eine Endanlagefläche aufweist, welche in die erste Richtung zeigt, welche in anliegendem Eingriff mit der Kunststoffmaterialkomponente, insbesondere mit deren Verbindungsabschnitt, ist.
In einer weiteren verbesserten Ausführungsform kann der gesamte Verbindungsabschnitt, ausgenommen des Teils, von welchen sich der Funktionalabschnitt erstreckt, begrenzt sein durch und in anliegendem Eingriff mit Wandteilabschnitten, welche von dem flachen Flächenteilabschnitt der Metallkomponente hervorspringen.
Während die Flächenstruktur des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung vorzugsweise innerhalb des flachen Flächenteilabschnitts ausgebildet ist, sodass sie durch den flachen Flächenteilabschnitt umgeben ist, sind die Wandteilabschnitte des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung üblicherweise an der Kante des flachen Flächenteilabschnitts ausgebildet.
Obwohl nicht ausgeschlossen werden kann, dass weitere Verstärkungsfasern vorliegen, welche in einer von der oben genannten Orientierungsachse unterschiedlichen Richtung ausgerichtet sind, wird bevorzugt, dass die Endlosfasern eine unidirektionale Ausrichtung aufweisen und somit exklusiv nur entlang einer Orientierungsachse ausgerichtet sind.
In allen von den oben beschrieben Ausführungsformen erstreckt sich vorzugsweise jeweils die Kontaktfläche oder ihr flacher Flächenteilabschnitt parallel zu der Orientierungsachse.
In dem Folgenden wird die vorliegende Erfindung in weiteren Details auf Basis der beigefügten Figuren erläutert, von welchen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
3a eine erste Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Aufsicht ist,
3b eine schematische projizierte Ansicht von Vorsprungselementen, welche von der Kontaktfläche einer Metallkomponente aus 3a hervorspringen,
4a eine schematische Aufsicht (oben) und eine schematische Querschnittsrückansicht (unten) einer zweiten Ausführungsform einer Metallkomponente eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
4b eine schematische projizierte Ansicht von Vorsprungselementen, welche in der zweiten Ausführungsform aus 4a verwendet werden, ist,
5 eine schematische Aufsicht (oben) und eine schematische Querschnittsrückansicht (unten) einer dritten Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
6a eine schematische Aufsicht (oben) und eine schematische Querschnittsrückansicht (unten) einer vierten Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
6b eine schematische Aufsicht eines Vorsprungselements ist, welches in der vierten Ausführungsform aus 6a verwendet wird,
6c eine schematische perspektivische Ansicht der Vorsprungselemente aus 6b ist,
7 eine schematische Aufsicht (oben) und eine schematische Querschnittsrückansicht (unten) einer fünften Ausführungsform des Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
8 eine schematische Aufsicht (oben) und eine schematische Querschnittsrückansicht (unten) einer sechsten Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
9a eine schematische Aufsicht einer siebten Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, und
9b eine schematische Querschnittsrückansicht der Metallkomponente des Verbundteils aus 9a ist.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen durch die Bezugsnummer 10 bezeichnet.
Ein Verbundteil 10 umfasst eine Metallkomponente 12, welche vorzugsweise im Wesentlichen plan ist, und umfasst ferner eine Kunststoffmaterialkomponente 14, welche mit der Metallkomponente 12 verbunden ist.
Es ist bitte zu beachten, dass 1 und 2 nur einen Teilabschnitt des gesamten Verbundteils zeigen. Insbesondere erstreckt sich die Kunststoffmaterialkomponente üblicherweise über die plane Erstreckung der Metallkomponente 12 hinaus.
Die Kunststoffmaterialkomponente 14 kann unterschiedliche Kunststoffmaterialien umfassen, von welchen ein Material eine Thermoplast-, vorzugsweise eine Polyolefin-, besonders bevorzugt eine Polypropylenmatrix mit unidirektional ausgerichteten Endlosfasern ist. Dieser Materialteilabschnitt einer Kunststoffmaterialkomponente 14 ist mit 14a in 1 bezeichnet. Die Kunststoffmaterialkomponente 14 kann ferner Kunststoff-, insbesondere Thermoplastmaterial umfassen, welches mit kürzeren Fasern als die Endlosfasern des Teilabschnitts 14a verstärkt sind oder welches überhaupt keine Verstärkung aufweist.
In dem Beispiel aus 1, ist ein weiterer Kunststoffmaterialteilabschnitt 14b, herrührend aus einem glasmattenverstärkten Thermoplast (GMT), angeordnet, sodass das Kunststoffmaterial 14a, welches die unidirektional ausgerichteten Endlosfasern enthält, zwischen dem Kunststoffmaterial 14b und der Metallkomponente 12 geschichtet ist.
Ferner kein ein dritter Teilabschnitt 14c der Kunststoffmaterialkomponente 14 vorliegen, auch aus GMT ausgebildet und vorzugsweise identisch im Material mit dem oben beschriebenen Material 14b, welcher so angeordnet ist, dass die Metallkomponente 12 zwischen dem endlosfasernverstärkten Kunststoffmaterial 14a und dem Kunststoffmaterialteilabschnitt 14c geschichtet ist.
Kunststoffmaterialteilabschnitte 14a und 14c umfassen vorzugsweise zufällig verteilte lange Glasfasern, wobei der Kunststoffmaterialteilabschnitt 14a endlose Carbonfasern umfasst, welche entlang einer Orientierungsachse AO ausgerichtet sind.
Die Fläche 12a der Metallkomponente, welche dem endlosfasernverstärkten Kunststoffmaterialteilabschnitt 14a der Kunststoffmaterialkomponente der 14 zugewandt ist, wird als „Kontaktfläche” bezeichnet, da sie in direktem planen Kontakt mit dem endlosfasernverstärkten Kunststoffmaterial 14a ist.
Als ein erster Mechanismus zum Bereitstellen einer Verbindung zwischen der Metallkomponente 12 und der Kunststoffmaterialkomponente 14, kann ein adhäsiver Kontakt zwischen der Kontaktfläche 12a und dem endlosfasernverstärkten Kunststoffmaterial 14a vorliegen. Zu diesem Zweck kann die Kontaktfläche entsprechend behandelt worden sein, wie es in dem Fachgebiet allgemein bekannt ist. Zum Beispiel kann die Fläche eine Grundierungsbeschichtung empfangen haben. Um solch eine adhäsive Verbindung zu verbessern, ist der Flächenbereich/Flächeninhalt der Kontaktfläche 12a durch ein Ausbilden von Erhöhungen 16 und Vertiefungen 18 vergrößert, welche sich erstrecken oder hervorspringen von dem flachen Flächenteilabschnitt 13 der verbleibenden Kontaktfläche 12a.
In dem vorliegenden Fall sind Erhöhungen 16 und Vertiefungen 18 in drei Reihen 20, 22 und 24 angeordnet, wobei jede sich entlang der Orientierungsachse AO erstreckt. Es kann mindestens eine Reihe von Erhöhungen 16 und/oder Vertiefungen 18 vorliegen, vorzugsweise liegen mehrere derartige Reihen vor.
In jeder Reihe der vorliegenden Ausführungsform sind die Erhöhungen 16 und die Vertiefungen 18 alternierend eine nach der anderen entlang der Orientierungsachse AO angeordnet. Zusätzlich ist die benachbarte Flächenstrukturform zu einer Erhöhung 16 in einer direkt benachbarten Reihe eine Vertiefung 18 und umgekehrt.
Durch diese Ausbildung erstrecken sich die unidirektional ausgerichteten Endlosfasern, von welchen Fasern 20, 28 und 30 zu illustrativen Zwecken gezeigt sind, und welche der Textur der Kontaktfläche 12a folgen, in einem regulär gewellten Muster mit einer maximalen Höhe zwischen dem Apex einer Erhöhung 16 und dem Bodenpunkt einer Vertiefung 18, wodurch ein gewisser Formschlusseffekt zu der adhäsiven Verbindung zwischen der Kunststoffmaterialkomponente 14 und der Metallkomponente 12 hinzugefügt wird, insbesondere wenn die Kunststoffmaterialkomponente 14 einer Zuglast, welche entlang der Orientierungsachse AO wirkt, unterworfen wird.
Um scharfe Biegungen zu verhindern, welche schädlich für die bevorzugten Carbonfasern 26, 28 und 30 sein können, sind die Erhöhungen 16 und Vertiefungen 18 vorzugsweise frei von Beulen/Dellen um eine Achse einer Krümmung orthogonal zu den Orientierungsachse AO und parallel zu dem flachen Flächenteilabschnitt 13 der Kontaktfläche 12a gekrümmt. Ein Beispiel einer Achse einer Krümmung für Erhöhungen 16 ist in 1 als C16 gezeigt. Ebenso ist eine beispielhafte Achse einer Krümmung von Vertiefungen 18 in 1 als Achse C18 gezeigt.
Eine zusätzliche oder alternative Verbindung zu einer adhäsiven Verbindung zwischen der Metallkomponente 12 unter Kunststoffmaterialkomponente 14 kann durch Bereitstellen von Durchgangsöffnungen 32 erreicht werden, wobei Durchgangsöffnungen einfach durch die Ausbildung von den Erhöhungen 16 oder/und Vertiefungen 18 erhalten werden können.
In dem vorliegenden Beispiel erstrecken sich die longitudinalen Kanten 16a der Erhöhungen zumindest vorwiegend, vorzugsweise komplett, entlang der Orientierungsachse AO, das Material der Erhöhungen 16 ist von dem verbleibenden Metallmaterial der Kontaktfläche 12a durch ein Schneiden oder einen ähnlichen Prozess getrennt, sodass Durchgangsöffnungen 32 ausgebildet werden können, wenn die Erhöhungen 16 aus der Ebene des flachen Flächenteilabschnitts 13 ausgebildet werden, nach dem oben genannten Schneide-Schritt. Dasselbe gilt für longitudinale Kanten 18a der Vertiefungen. Somit können Durchgangsöffnungen 32 zumindest teilweise durch eine longitudinale Kante 16a der Erhöhungen 16 oder durch eine longitudinale Kante 18a der Vertiefungen 18 umrahmt sein.
Da die Verbindungsteile gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch Formpressen ausgebildet sind, welches durch einen Spritzgussschritt ergänzt sein kann, jedoch nicht notwendigerweise sein muss, kann Matrixmaterial des endlosfasernverstärkten Kunststoffmaterials 14a oder/und der GMT-basierten Kunststoffmaterialien 14b und 14c einfach in die so geformten Durchgangsöffnungen 32 hinein treten, und diese durchdringen, sodass dort ein zuverlässiger Formschlusseingriff zwischen der Kunststoffmaterialkomponente 14 und der Metallkomponente 12 vorliegt.
2 zeigt eine weitere Verbesserung der Ausführungsform aus 1. Aus Gründen der Klarheit der 2, ist die Kunststoffmaterialkomponente dort nicht angegeben. Sie kann dieselbe Struktur wie die Kunststoffmaterialkomponente 14 aufweisen, welche in 1 gezeigt ist.
Korrespondierende konstruktive und funktionale Elemente oder Teilabschnitte in 2 sind mit denselben Nummern wie in 1 bezeichnet, welche jedoch durch die Nummer 100 vergrößert sind.
Im Folgenden wird die Ausführungsform aus 2 nur in ihren Unterschieden zu der vorhergehenden Ausführungsform aus 1 erklärt, zu deren Erläuterung Bezug genommen wird für die korrespondierenden Elemente und Teilabschnitte, um die Ausführungsform aus 2 zu erklären.
Die Erhöhungen 116 der zweiten Ausführungsform, welche in 2 gezeigt ist, sind in derselben Art wie die Erhöhungen 16 in der ersten Ausführungsform in 1 ausgebildet.
Zusätzlich zu den üblichen Durchgangsöffnungen 132, welche zwischen den longitudinalen Kanten 116a der Erhöhungen des verbleibenden Metalls der Kontaktfläche 112a d. h. des flachen Flächenteilabschnitts 113, ausgebildet sind, gibt es weitere Durchgangsöffnungen 134, welche separat von den Erhöhungen 116 und den Vertiefungen 118 ausgebildet sind. Die Durchgangsöffnungen 132 und 134 sind längliche Durchgangsöffnungen, welche vorzugsweise eine längere Abmessung entlang der Orientierungsachse AO als orthogonal dazu aufweisen. Dies begünstigt, dass Teilabschnitte der Endlosfasern eine Schlaufe durch die Durchgangsöffnungen 132 und 134 ausbilden oder, dass diese mit einem Endteilabschnitt durchdrungen werden und dadurch zu der anderen Seite der Metallkomponente 112 reichen d. h. zu der Seite gegenüber der Seite der Kontaktfläche 112a. Dies dient zur Verbesserung des Formschlusseingriffs der Kunststoffmaterialkomponente 114, welche nicht in 2 gezeigt ist, und der Metallkomponente 112. Die oben beschriebene bevorzugte längliche Form der Durchgangsöffnungen 132 und 134 verhindert ferner eine übermäßige Reduktion in einer Zugfestigkeit der Metallkomponente 112, wenn eine Zuglast entlang der Orientierungsachse AO daran wirkt.
Darüber hinaus ist ein dritter Typ von Durchgangsöffnungen 136 in den Vertiefungen 118 ausgebildet, in dem speziellen Fall durch Unterbrechen der gesamten Vertiefung 118 in der Region ihres Bodenpunkts.
Im Kontrast hierzu ist es möglich, dass die Durchgangsöffnungen 136, welche in den Vertiefungen 118 ausgebildet sind, sich nicht über die gesamte Breite der Vertiefungen 118 erstrecken, sondern auch als längliche Durchgangsöffnungen 136 ausgebildet sein können, welche eine längere Abmessung entlang der Orientierungsachse AO aufweisen als orthogonal dazu und vollständig umgeben sein können von einem Material der Vertiefungen 118.
Der Grund, warum Durchgangsöffnungen 136 des dritten Typs in den Vertiefungen 118 ausgebildet werden, ist, dass, wenn eine vorherrschende Zugkraft zum Beispiel an der Endlosfaser 126 appliziert wird, tendiert der gekrümmte Abschnitt dieser Faser, welche den Vertiefungen 118 folgt, sich zu dehnen und nimmt eine geradere Form an, sodass die Faser 126 in dieser Lastsituation dazu tendieren kann, von den Vertiefungen 118 abzuheben. Ein Formen von Durchgangsöffnungen 136 an oder nahe des Bodenpunkts der Vertiefungen 118 dient dazu, die Endlosfasern an den Vertiefungen 118 weiter zu verankern, wodurch eine Verbindung zwischen der Kunststoffmaterialkomponente 114 (nicht gezeigt in 2) und der Metallkomponente 112 gefördert wird.
3a zeigt einer Aufsicht eines Verbundteils 210. Dieses Verbundteil 210 ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den zweiten Aspekt davon.
Elemente oder Teilabschnitte, welche denen in den vorhergehenden 1 und 2 in Konstruktion und/oder Funktion entsprechen, sind mit denselben Referenznummern in 3a bezeichnet, jedoch jeweils um 200 und 100 erhöht.
Die Ausführungsform von 3a wird nur in dem Umfang erläutert, in welchem sie sich von den vorangegangenen Ausführungsformen unterscheidet, zu deren Spezifikation hiermit explizit Bezug genommen wird.
Die Kunststoffmaterialkomponente 214 weist einen Funktionalabschnitt 238 auf, welcher nur teilweise in 3a gezeigt ist, welcher sich von der Metallkomponente 212 weg entlang der Orientierungsachse AO in einer ersten Richtung F erstreckt. In diesem Funktionalabschnitt 238 sind endlose Verstärkungsfasern (siehe beispielsweise bezeichnete Fasern 226, 228 und 230) unidirektional entlang der Orientierungsachse AO ausgerichtet, obwohl das Vorliegen von weiteren Fasern, welche von denen in 3a gezeigten unterschiedlich ausgerichtet sind, nicht ausgeschlossen werden soll.
Der Funktionalabschnitt 238 ist in diesem Beispiel eine Strebe, zum Beispiel eine Strebe, welche verwendet werden soll in einer Tür eines Fahrzeugs, um einen Seitenaufprallschutz zu verbessern.
Die Kunststoffmaterialkomponente 214 umfasst ferner einen Verbindungsabschnitt 240, welcher in dem Beispiel von 3a breiter ist als der Funktionalabschnitt 238, um einen größeren Kontaktbereich mit der Kontaktfläche 212a der Metallkomponente 212 aufzuweisen.
Die Metallkomponente 212 weist zwei Stoppwandteilabschnitte 242 und 244 auf, wobei jeder jeweils eine Stoppfläche 242a und 244a aufweist, welche in eine zweite Richtung S entlang der Orientierungsachse AO entgegensetzt zu der ersten Richtung zeigen.
In dem vorliegenden Beispiel ist jeder Stoppwandteilabschnitt 242 und 244 so bezüglich der Kontaktfläche 212a und ihrem flachen Flächenteilabschnitt 213 angeordnet, dass seine zugeordnete Stoppfläche 242a und 242b jeweils einen rechten Winkel mit dem flachen Flächenteilabschnitt 213 einschließt.
Ferner sind die Stoppwandteilabschnitte 242 und 244 aufeinander zugeneigt und sind vorzugsweise jeweils bezüglich zu der Achse AO um einen identischen Winkel geneigt. Die Stoppwandteilabschnitte 242 und 244 sind, wie vorzugsweise die Metallkomponente 212 als ein Ganzes ist, symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene, welche sich entlang der Orientierungsachse AO erstreckt und welche sich ferner orthogonal zu der Zeichenebene von 3a erstreckt, welche parallel zu dem flachen Flächenteilabschnitt 213 ist.
Dieser Winkel α ist vorzugsweise ein spitzer Winkel, um eine keilartige Situation zwischen dem Verbindungsabschnitt 240 der Kunststoffmaterialkomponente 214 und der Metallkomponente 212 zu erzeugen, wenn eine Zugkraft, welche in der ersten Richtung F wirkt, an dem Funktionalabschnitt 238 appliziert wird.
Mit der Aufgabe einen solchen Keileffekt zu etablieren, weist der Verbindungsabschnitt 240 einen Fächerteilabschnitt 246 auf, dessen Breite sich in der zweiten Richtung S erhöht. Dieser Fächerteilabschnitt 246 ist in Kontakt mit Stoppflächen 242a und 244a der Stoppwandteilabschnitte 242 und 244 und mit einem auseinandergehenden Teilabschnitt 248 der Kontaktfläche 212a, welcher auseinandergehende Teilabschnitt 248 auch eine Breite aufweist, welche sich in der zweiten Richtung S erhöht. Hier erstreckt sich die Breitenrichtung orthogonal zu der Orientierungsachse AO und parallel zu dem flachen Flächenteilabschnitt 213 der Kontaktfläche 212a.
Um die Zugfestigkeit auch in dem Fächerteilabschnitt 246 des Verbindungsabschnitts 240 zu erhöhen, gehen die Endlosfasern innerhalb des Fächerteilabschnitts 246 in der zweiten Richtung S auseinander, d. h. sie belegen einen breiteren Bereich je größer der Abstand von dem Funktionalabschnitt 238 ist. Da der endlosfasernverstärkte Kunststoffmaterialteilabschnitt vorzugsweise aus einem Bandrohling ausgebildet ist, welcher einen konstanten Querschnitt orthogonal zu der Orientierungsachse AO entlang dieser Achse aufweist, verringert sich die Höhe des Fächerteilabschnitts in der zweiten Richtung, wenn die Breite des Fächerteilabschnitts sich in derselben Richtung erhöht. Es kann jedoch auch weiteres Kunststoffmaterial zu dem Bandrohling hinzugefügt sein, sodass der Fächerteilabschnitt 246 eine konstante Höhe in der zweiten Richtung aufweisen kann. Dieses zusätzliche Kunststoffmaterial kann ein weiteres Kunststoffmaterial sein, d. h. das oben genannte mit langen Glasfasern verstärkte Kunststoffmaterial, welches dem Fächerteilabschnitt 246 während eines Formpress-Schritts oder während eines Spritzguss-Schritts hinzugefügt wird.
Um die Kunststoffmaterialkomponente 214 an der Metallkomponente 212 weiter zu verankern, kann die Kontaktfläche 212a eine weitere Flächenstruktur 250 umfassen. Die Flächenstruktur 250 kann entweder gemäß den Flächenstrukturen der 1 und 2 ausgebildet sein, d. h. mit Erhöhungen und Vertiefungen und möglicherweise auch mit Durchgangsöffnungen. In dem vorliegenden Beispiel jedoch umfasst die weitere Flächenstruktur 250 zwei unterschiedliche Typen von Vorsprungselementen 252 und 254, welche ausgebildet werden durch Schneiden durch die Kontaktfläche 212a und Biegen des Materials innerhalb der geschnittenen Teilabschnitte nach oben in dieselbe Richtung, in welche die Stoppwandteilabschnitte 242 und 244 von dem flachen Flächenteilabschnitt 213 der Kontaktfläche 212a hervorspringen.
Wie in 3b gezeigt, können die Vorsprungselemente 252 eine Trapezform aufweisen, sich von ihrem distalen Ende in Richtung auf die Kontaktfläche zu verjüngend, somit eine Hinterschnittform in einer Heberichtung ausbildend, in welcher die Kunststoffmaterialkomponente 214 praktisch von der Kontaktfläche 212a abgehoben werden kann. Das zweite Vorsprungelement 254 weist im Kontrast hierzu eine Dreiecksform auf, sich verjüngend von der Kontaktfläche 212a in Richtung seines distalen spitzen Endes. Das dreieckige Vorsprungselement 254 weist näherungsweise doppelt die Höhe des ersten Vorsprungselements 252 auf, gemessen in einer Richtung orthogonal zu der Kontaktfläche 212a.
Die Vorsprungselemente sind in Linien 256, 258, 260 und 262 angeordnet. Um das Auseinandergehen der Endlosfasern in dem Fächerteilabschnitt 246 zu fördern, kann sich die Breite von Linien der Vorsprungselemente 252, 254 in der zweiten Richtung S erhöhen. In dem vorliegenden Beispiel kann man beobachten, dass die Breite der dritten Linie 260 größer ist als die Breite der zweiten Linie 258 der Vorsprungselemente.
Die Stoppwandteilabschnitte 242 und 244 gehören zu Seitenwandstrukturen 264 und 266, welche jeweils den Verbindungsabschnitt 240 in einer Breitenrichtung begrenzen.
Diese Seitenwandstrukturen 264 und 266 umfassen ferner Endwandteilabschnitte 268 und 270, von welchen jede jeweils eine Endanlagefläche 268a und 270a aufweisen. Die Endanlageflächen 268a und 270a dienen demselben Zwecken wie die Stoppflächen 242a und 244a, jedoch für eine Last, welche an dem Funktionalabschnitt 238 in der zweiten Richtung S wirkt. Die oben genannte Beschreibung für die Stoppflächen 242a und 244 gilt mutatis mutandis auch für die Endanlageflächen 268a und 270a.
Die Kunststoffmaterialkomponente 214, insbesondere ihr Verbindungsabschnitt 240, ist in anliegendem Eingriff mit den Stoppflächen 242a und 244a und auch mit den Endanlageflächen 268a und 270a, vorzugsweise mit den gesamten Seitenwandstrukturen 244 und 266.
4a zeigt eine zweite Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Teilabschnitte der in 4a gezeigten Ausführungsform, welche in Konstruktion und Funktion gleichen Elementen und Teilabschnitten der Ausführungsform aus 3a entsprechen, sind mit denselben Referenznummern bezeichnet, jedoch um 100 erhöht. Für deren Spezifikation wird Bezug auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren genommen.
Die Ausführungsform in 4a unterscheidet sich von der vorangehenden Ausführungsform aus 3a darin, dass der Endwandteilabschnitt 368 so angeordnet ist, dass seine Endanlagefläche 368 orthogonal zu der Orientierungsachse AO ausgerichtet ist. Aus diesem Grund gibt es nur einen Endanlagewandteilabschnitt 368 anstelle von zweien in der vorangehenden Ausführungsform.
Die Vorsprungselemente weisen eine leicht unterschiedliche Form verglichen mit der vorangehenden Ausführungsform derart auf, dass das Vorsprungselement 352 immer noch eine Hinterschnittform aufweist, jedoch stufenweise sich in Richtung der Kontaktfläche verjüngt. Das zweite Vorsprungselement 354 weist weiterhin eine sich von der Kontaktfläche 312a weg verjüngende Form auf, jedoch mit einem Teilabschnitt einer konstanten Breite, welcher zwischen einem distalen sich verjüngenden Teilabschnitt und dem flachen Flächenteilabschnitt 313 angeordnet ist.
Das Ausbilden von Vorsprungselementen durch Schneiden und Biegen, wie auch in der vorangehenden Ausführungsform, hat den Vorteil, dass mit dem Ausbilden von verankernden Vorsprungselementen auch Durchgangsöffnungen in der Kontaktfläche ausgebildet werden, welche die Verbindung der Kunststoffmaterialkomponente mit der Metallkomponente durch einen Formschlusseffekt weiter fördern.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Teilabschnitte der Ausführungsform, welche in 5 gezeigt ist, welche in Konstruktion und Funktion gleichen Elementen und Teilabschnitten der Ausführungsform aus 4a entsprechen, sind mit denselben Referenznummern bezeichnet, jedoch um 100 erhöht. Für deren Spezifikation wird Bezug auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren genommen.
In der Ausführungsform von 5 sind die Vorsprungselemente an dem flachen Flächenteilabschnitt 413 der Kontaktfläche 412a geschweißt. Die Vorsprungselemente 452 weisen wieder eine Hinterschnittform auf, um eine Verankerung des Verbindungsabschnitts 440 der Kunststoffmaterialkomponente 414 an der Metallkomponente 412 zu fördern.
Aus diesem Grund können die Vorsprungselemente 452 eine konische oder kegelstumpfförmige Form nahe des flachen Flächenteilabschnitts der Kontaktfläche 412a aufweisen und können sich einer Richtung weg von dem flachen Flächenteilabschnitt 413 verjüngen.
Dieser konische oder kegelstumpfförmige Teilabschnitt kann in einer Richtung weg von dem flachen Flächenteilabschnitt 413 durch einen zylindrischen Teilabschnitt oder durch einen weiteren kegelstumpfförmigen Teilabschnitt, welcher einen unterschiedlichen Verjüngungswinkel aufweist, gefolgt werden. Schlussendlich kann das Vorsprungselement 455 an seinem distalen Ende einen kugelförmigen Kopf aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser vorzugsweise größer als der Durchmesser des unmittelbaren Teilabschnitts folgend dem Kugelkopf ist, in einer Richtung auf den flachen Flächenteilabschnitt 413 zu.
Die Ausführungsform aus 5 weist kein Endwandteilabschnitt auf, kann jedoch ebenso einen aufweisen.
6a zeigt eine vierte Ausführungsform eines Verbundteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Teilabschnitte der Ausführungsform, welche in 6a gezeigt ist, welche in Konstruktion und Funktion gleichen Elementen und Teilabschnitten der Ausführungsform aus 5 entsprechen, sind mit denselben Referenznummern bezeichnet, jedoch um 100 erhöht. Für deren Spezifikation wird Bezug auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren genommen.
Die vierte Ausführungsform aus 6a weist wieder Vorsprungselemente 552 auf, welche durch Schneiden der Kontaktfläche 512a Ende durch Biegen der geschnittenen Abschnitte nach oben in der Richtung, in welcher auch die Stoppwandteilabschnitte 542 und 554 von dem flachen Flächenteilabschnitt 513 der Kontaktfläche 512a hervorspringen.
Die Vorsprungselemente 552 sind jeweils durch zwei trapezförmige Teile ausgebildet, welche aufeinander zu gebogen sind, um ein zugespitztes Vorsprungselement mit einem V-förmigen Querschnitt auszubilden, wenn in einer Querschnittsfläche orthogonal zu dessen Vorsprungsrichtung betrachtet. Eine Aufsicht des Vorsprungselements 552 dieser Ausführungsform, zusammen mit den Durchgangsöffnungen, geformt durch Ausschneiden von individuellen trapezförmigen Teilen und deren Biegen nach oben von dem flachen Flächenteilabschnitt 513, ist in 6b gezeigt. 6c zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Vorsprungselemente 552.
7 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Verbundteils gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Teilabschnitte der Ausführungsform, welche in 7 gezeigt ist, welche in Konstruktion und Funktion gleichen Elementen und Teilabschnitten der Ausführungsform aus 6 entsprechen, sind mit denselben Referenznummern bezeichnet, jedoch um 100 erhöht. Für deren Spezifikation wird Bezug auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren genommen.
Die Vorsprungselemente 652 der fünften Ausführungsform sind durch Prägen oder Tiefziehen ausgebildet. Die Vorsprungselemente 652 weisen eine hohle Form auf und sind an ihrem distalen Ende zugespitzt.
Zusätzlich können Durchgangsöffnungen 634 in der Kontaktfläche 612a ausgebildet sein, um den Formschlusseffekt der Verbindung der Kunststoffmaterialkomponente 614 mit der Metallkomponente 612 zu verbessern, um die Kunststoffmaterialkomponente 614 gegen ein Abheben von dem flachen Flächenteilabschnitt 613 in einer Richtung orthogonal zu der Zeichenebene der 7 zu sichern.
8 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Verbundteils des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Teilabschnitte der Ausführungsform, welche in 8 gezeigt ist, welche in Konstruktion und Funktion gleichen Elementen und Teilabschnitten der Ausführungsform aus 7 entsprechen, sind mit gleichen Referenznummern bezeichnet jedoch um 100 erhöht. Für deren Spezifikation wird Bezug auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren genommen.
Im Kontrast zu den vorangehenden Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung weist die in 8 gezeigte sechste Ausführungsform keine Vorsprungselemente auf, welche von dem flachen Flächenteilabschnitt der Kontaktfläche 712a der Metallkomponente 712 hervorspringen. Die Kontaktfläche 712 kann vollständig glatt sein.
In dem vorliegenden Beispiel jedoch liegen einige Durchgangsöffnungen 734 vor, welche in der Kontaktfläche 712a vorgesehen sind, welche die bereits oben in dem Kontext von Durchgangsöffnungen 634 der vorangehenden Ausführungsform erläuterten Vorteile bereitstellen.
Wie aus der Querschnittsrückansicht der Metallkomponente 712 gesehen werden kann, wenn von hinten in der ersten Richtung F betrachtet, erhöht sich die Höhe der Stoppwandteilabschnitte 742 und 744 in der ersten Richtung F entlang des auseinanderlaufenden Teilabschnitts. Dies erlaubt ein verhältnismäßig flaches Verbundteil in seinem Endabschnitt (bezogen auf ein Ende in der zweiten Richtung S) bereitzustellen, während immer noch eine ausreichende Stärke und ein ausreichender Keileffekt an den Stoppwandteilabschnitten 742 und 744 sichergestellt ist. Der Zuwachs der Höhe des Stoppwandteilabschnitts 742 und 744 entspricht vorzugsweise einem Zuwachs der Höhe des Fächerteilabschnitts 746 in der ersten Richtung F. Dann können die Stoppwandteilabschnitte 742 und 744 bündig mit dem Fächerteilabschnitt 746 des Verbindungsabschnitts 740 ausgebildet sein.
Die Höhe des Stoppwandteilabschnitts 742 um 744 kann sich stufenweise erhöhen, wenn in der ersten Richtung F vorangeschritten wird, oder kann sich kontinuierlich erhöhen, wie in 8 gezeigt.
9 zeigt eine siebte Ausführungsform eines Verbundteils des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Teilabschnitte der Ausführungsform, welche in 9 gezeigt ist, welche in Konstruktion und Funktion gleichen Elementen und Teilabschnitten der Ausführungsform aus 8 entsprechen, sind mit den gleichen Referenznummern bezeichnet, jedoch um 100 erhöht. Für deren Spezifikation wird Bezug auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren genommen.
Im Kontrast zu den vorangehenden Ausführungsformen erstreckt sich in der siebten Ausführungsform der Verbindungsabschnitt 840 der Kunststoffmaterialkomponente 814 nicht über das Loch axiale Lenge der Metallkomponente 812. Dies kann dazu dienen zu verwirklichen, dass ein Teilabschnitt der Metallkomponente 812, welcher durch Kunststoffmaterial ungedeckt ist, um eine sehr flache Form mit einer geringen Höhenabmessung aufzuweisen, sodass dieser Teilabschnitt an einem Träger mit sehr geringem bereitgestellten Montageraum montiert werden kann.
Ein weiterer Unterschied der siebten Ausführungsform zu den vorangehenden ist die Struktur und Form des Vorsprungselements 852. Das Vorsprungselement 852 ist durch Dreschen („thrushing”) des flachen Flächenteilabschnitts 813 der Metallkomponente 812 ausgebildet. Dieses Dreschen wird vorzugsweise an Aluminiummetallteilabschnitten ausgeführt.
Ein Vorteil dieses Ausbildungsprozesses eines Bildens des Vorsprungselements 852 ist, dass es einerseits zusammenhängend mit der verbleibenden Metallkomponente 812 ausgebildet ist und andererseits ein scharfkantiger Grat an dem distalen Ende des Vorsprungselements 852 ausgebildet ist, welcher sich radial von dem hohlen konischen oder zylindrischen Schaftteilabschnitt des Vorsprungselements erstreckt. Aus diesem Grund wird einer Art pilzartige Form ausgebildet, welche auch eine Hinterschnittform bereitstellt, welche die Kunststoffmaterialkomponente 814 daran hindert, von der Kontaktfläche 812a abgehoben zu werden.
Die Vorsprungselemente, welche in den oben beschriebenen individuellen Ausführungsformen offenbart sind, können ausgetauscht werden.
Alle Querschnittsrückansichten, welche weiter unten in 4a, 5, 6a, 7, 8 und 9b gezeigt sind, der Metallkomponenten der jeweiligen Ausführungsformen sind Ansichten der Rückseite der Metallkomponente in der ersten Richtung F.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-097814 A [0002]
JP 2012-082935 A [0002]

Claims

Verbundteil (10; 100), mindestens umfassend eine Metallkomponente (12; 112) und eine Kunststoffmaterialkomponente (14; 114), wobei die Kunststoffmaterialkomponente (14; 114) einen Verbindungsabschnitt aufweist, welcher direkt mit der Metallkomponente (12; 112) verbunden ist und einen Funktionalabschnitt, z. B. in der Form einer Strebe, welcher indirekt mit der Metallkomponente (12; 112) über den Verbindungsabschnitt verbunden ist, wobei die Metallkomponente (12; 112) eine Kontaktfläche (12a; 112a) aufweist, in welcher der Verbindungsabschnitt die Metallkomponente (12; 112) kontaktiert, wobei die Kontaktfläche (12a; 112a), zur Verbesserung der Verbindung der Kunststoffmaterialkomponente (14; 114) und der Metallkomponente (12; 112) miteinander, einen flachen Flächenteilabschnitt (13; 113) und eine sich von dem flachen Flächenteilabschnitt (13; 113) erstreckende Flächenstruktur umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmaterialkomponente (14; 114) ein mit Endlosfasern (26, 28, 30; 126, 128, 130) verstärktes Kunststoffmaterial (14a; 114a) umfasst, wobei die Endlosfasern (26, 28, 30; 126, 128, 130) wenigstens in dem Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente (14; 114) entlang einer Orientierungsachse (AO) ausgerichtet sind, und wobei die Endlosfasern (26, 28, 30; 126, 128, 130) sich in dem Verbindungsabschnitt parallel zu der Kontaktfläche (12a; 112a) der Metallkomponente (12; 112) erstrecken, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstruktur eine Mehrzahl von Erhöhungen (16; 116) oder/und Vertiefungen (18; 118) umfasst, welche entlang der Orientierungsachse (AO) aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Verbundteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (16; 116), wenn die Seite der Metallkomponente (12; 112) betrachtet wird, welche der Kunststoffmaterialkomponente (14; 114) zugewandt ist, konvex gekrümmt sind oder/und dadurch, dass die Vertiefungen (18; 118), wenn die Seite der Metallkomponente (12; 112) betrachtet wird, welche der Kunststoffmaterialkomponente (14; 114) zugewandt ist, konkav gekrümmt sind, jede mit einer Krümmungsachse (C16, C18), welche einen Winkel, vorzugsweise einen rechten Winkel, mit der Orientierungsachse (AO) einschließt, wobei die Krümmungsachse (C16, C18) besonders bevorzugt parallel jeweils zu der Kontaktfläche (12a; 112a) oder zu deren flachen Flächenteilabschnitt (13; 113) ausgerichtet ist.
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (16; 116) oder/und die Vertiefungen (18; 118) zumindest in deren Erstreckung entlang der Orientierungsachse (AO) frei von Beulen/Dellen ausgebildet sind.
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (12a; 112a) sowohl Erhöhungen (16; 116) als auch Vertiefungen (18; 118) umfasst, wobei Erhöhungen (16; 116) und Vertiefungen (18; 118) alternierend entlang der Orientierungsachse (AO) angeordnet sind.
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente (12; 112) Durchgangsöffnungen (32; 132, 134, 136) in der Kontaktfläche (12a; 112a) aufweist, welche die Metallkomponente (12; 112) von der Kontaktflächenseite zu der Seite der Metallkomponente (12; 112), welche der Kontaktflächenseite gegenüber liegt, durchdringen, wobei die Durchgangsöffnungen (32; 132, 134, 136) mit Kunststoffmaterial gefüllt sind.
Verbundteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilabschnitt der Erhöhungen (16; 116) oder/und Vertiefungen (18; 118) entlang ihrer longitudinalen Kanten (16a, 18a; 116a; 118a), welche sich vorwiegend entlang der Orientierungsachse (AO) erstrecken, ausgebildet sind durch ein Aufgeben des Materialzusammenhangs mit dem Metall in der Region der verbleibenden Kontaktfläche (12a; 112a), sodass zumindest ein Teil der Durchgangsöffnungen (32; 132) zumindest teilweise durch die longitudinalen Kanten (16a, 18a; 116a; 118a) der Erhöhungen (16; 116) oder/und Vertiefungen (18; 118) umrahmt ist.
Verbundteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Durchgangsöffnungen (136) in den Erhöhungen (116) oder/und in den Vertiefungen (118), insbesondere in den Vertiefungen (118), ausgebildet ist.
Verbundteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (16; 116) frei von Durchgangsöffnungen sind.
Verbundteil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (32; 132, 134) eine längliche Form aufweisen, welche eine längere Abmessung entlang der Orientierungsachse (AO) als orthogonal dazu aufweist.
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (26, 28, 30; 126, 128, 130) mindestens eine Länge von zwei Flächenstrukturformen: Erhöhungen (16; 116) oder/und Vertiefungen (18; 118), aufweisen, welche direkt entlang der Orientierungsachse (AO) aufeinanderfolgen.
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmaterialkomponente (14) ein weiteres Kunststoffmaterial (14b, 14c) umfasst, welches keine Faserverstärkung aufweist, oder welches eine Faserverstärkung mit verstärkenden Fasern aufweist, welche kürzer als die Endlosfasern (26, 28, 30) sind.
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente (12) in Kunststoffmaterial eingebettet ist, sodass die Kontaktflächenseite sowie die hierzu gegenüberliegende Seite der Metallkomponente (12) durch Kunststoffmaterial kontaktiert ist.
Verbundteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Endlosfasern (26–826, 28–828, 30–830) in dem Kunststoffmaterial an der Kontaktflächenseite der Metallkomponente (12–812) größer ist als auf der Seite gegenüber der Kontaktflächenseite, wobei vorzugsweise Endlosfasern (26–826, 28–828, 30–830) nur auf der Kontaktflächenseite vorliegen.
Verbundteil nach Anspruch 13, umfassend Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an kürzeren Verstärkungsfasern auf der Seite gegenüber der Kontaktflächenseite größer ist, als auf der Kontaktflächenseite der Metallkomponente (12–812).
Verbundteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmaterialkomponente (214–814) ein durch Endlosfasern (226–826, 228–828, 230–830) verstärktes Kunststoffmaterial (214a–814a) umfasst, wobei in dem Funktionalabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente (214–814) die Endlosfasern (226–826, 228–828, 230–830) entlang einer Orientierungsachse (AO) ausgerichtet sind, und wobei die Endlosfasern (226–826, 228–828, 230–830) sich in dem Verbindungsabschnitt (240–840) parallel zu der Kontaktfläche (212a–812a) der Metallkomponente (212–812) erstrecken, wobei der Funktionalabschnitt (238–838) der Kunststoffmaterialkomponente (214–814) sich in einer ersten Richtung (F) entlang der Orientierungsachse (AO) weg von der Metallkomponente (212–812) erstreckt, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstruktur zumindest einen Stoppwandteilabschnitt (242–842, 244–844) umfasst, welcher von dem flachen Flächenteilabschnitt (213–813) der Kontaktfläche (212a–812a) hervorspringt und einen Winkel (α), vorzugsweise einen spitzen Winkel, mit der Orientierungsachse (AO) einschließt, welcher Stoppwandteilabschnitt (242–842, 244–844) zumindest mit seiner Stoppfläche (242a–842a, 244a–844a), welche in eine der ersten Richtung (F) entgegengesetzte zweite Richtung (S) zeigt, in anliegendem Eingriff mit dem Verbindungsabschnitt (240–840) der Kunststoffmaterialkomponente (214–814) ist.
Verbundteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (240–840) einen Fächerteilabschnitt (246–846) aufweist, dessen Breite sich in der zweiten Richtung (S) vergrößert, in welchem Fächerteilabschnitt (246–846) die Endlosfasern (226–826, 228–828, 230–830) entlang deren Erstreckung in der zweiten Richtung (S) auseinandergehen.
Verbundteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Fächerteilabschnitts (246–846) sich in der zweiten Richtung (S) verringert.
Verbundteil nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (212a–812a) einen auseinandergehenden Teilabschnitt (248–848) aufweist, dessen Breite sich in der zweiten Richtung (S) vergrößert, welcher auseinandergehende Teilabschnitt (248–848) in Kontakt mit dem Fächerteilabschnitt (246–846) des Verbindungsabschnitts (240–840) ist.
Verbundteil nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente (212–812) zwei Stoppwandteilabschnitte (242–842, 244–844) umfasst, welche von dem flachen Flächenteilabschnitt (213–813) der Kontaktfläche (212a–812a) hervorspringen, von welchen jeder einen Winkel (α) mit der Orientierungsachse (AO) einschließt und zwischen welchen ein Teilabschnitt der Kunststoffmaterialkomponente (214–814) angeordnet ist.
Verbundteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stoppwandteilabschnitte (242–842, 244–844) aufeinander zugeneigt sind.
Verbundteil nach einem der Ansprüche zur 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckungshöhe von dem mindestens einen Stoppwandteilabschnitt (742, 744), vorzugsweise von beiden Stoppwandteilabschnitten (742, 744), sich entlang der ersten Richtung (F) vergrößert.
Verbundteil nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (212a–812a) eine weitere Flächenstruktur (252, 254; 634–834) aufweist, welche im formschlüssigen Eingriff mit dem Verbindungsabschnitt (240–840) der Kunststoffmaterialkomponente (214–814) ist.
Verbundteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Flächenstruktur sich von dem flachen Flächenteilabschnitt (213–813) der Kontaktfläche (212a–812a) in der selben Richtung erstreckt, wie der mindestens eine Stoppwandteilabschnitt (242–842, 244–844) und sich in den Verbindungsabschnitt (240–840) hinein erstreckt.
Verbundteil nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gezeichnet, dass eine Breitenabmessung der weiteren Flächenstruktur (252, 254; 634–834) sich in der zweiten Richtung (S) vergrößert, wobei die Breitenrichtung parallel zu der Kontaktfläche (212a–812a) und orthogonal zu der Orientierungsachse (AO) ist.
Verbundteil nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Flächenstruktur Vorsprungselemente (252–852, 254–854) umfasst, welche von dem flachen Flächenteilabschnitt (213–813) hervorspringen, welche Vorsprungselemente (252–852, 254–854) an den flachen Flächenteilabschnitt (413) gelötet oder geschweißt sind oder welche durch Schneiden und Herausbiegen aus dem flachen Flächenteilabschnitt (213; 313; 513–813) ausgebildet sind, wobei die Vorsprungselemente (252–852, 254–854) vorzugsweise eine Hinterschnittform in einer Abheberichtung des Verbindungsabschnitts (240–840) von der Kontaktfläche (212a–812a) orthogonal zu dem flachen Flächenteilabschnitt (213–813) und wegzeigend von dem Letzteren aufweisen.
Verbundteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Vorsprungselemente (252–652, 254–654), welche direkt aufeinander in der zweiten Richtung (S) folgen, gegeneinander in der Breitenrichtung versetzt angeordnet sind.
Verbundteil einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstruktur einen Endwandteilabschnitt (268, 270; 368) umfasst, welcher von dem flachen Flächenteilabschnitt (213; 313) in derselben Richtung wie der mindestens eine Stoppwandteilabschnitt (242, 244; 342, 344) hervorspringt, wobei der Endwandteilabschnitt (268, 270; 368) eine Endanlagefläche (268a, 270a; 368a) aufweist, welche in die erste Richtung (F) zeigt, welche in anliegendem Eingriff mit der Kunststoffmaterialkomponente (214; 314), insbesondere mit deren Verbindungsabschnitt (240; 340), ist.