DE102015119396A1

DE102015119396A1 - Composite component and method for producing a composite component

Info

Publication number: DE102015119396A1
Application number: DE102015119396.5A
Authority: DE
Inventors: Tim Reimann; Peter Albrecht; Robert Kleinhans
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: GF Casting Solutions AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil (1), umfassend ein Einlegerprofil (2), welches als Hohlprofil ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise mit einem Gussmetallwerkstoff (3) umgossen ist, wobei das Einlegerprofil (2) aus Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, glasfaserverstärktem Kunststoff, Faserverbundkunststoff oder einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff oder Magnesiumwerkstoff, hergestellt ist und an seiner Außenseite eine Schutzbeschichtung (4) aus einem Werkstoff mit einer derart geringen Wärmeleitfähigkeit aufweist, dass die Schutzbeschichtung (4) dazu geeignet ist, während des Gießprozesses einen Wärmeeintrag von einer Gussmetallwerkstoffschmelze in das Einlegerprofil (2) zu minimieren. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (2).The invention relates to a composite component (1), comprising a Einlegerprofil (2), which is formed as a hollow profile and at least partially cast with a cast metal material (3), wherein the insert profile (2) made of plastic, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic, fiber reinforced plastic or a light metal material, in particular of an aluminum material or magnesium material, and on its outside a protective coating (4) made of a material having such a low thermal conductivity, that the protective coating (4) is adapted during the casting process, a heat input of a cast metal material melt in to minimize the insert profile (2). Moreover, the present invention relates to a method for producing a composite component (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, umfassend ein Einlegerprofil, welches als Hohlprofil ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise mit einem Gussmetallwerkstoff umgossen ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das ein Einlegerprofil aufweist, welches als Hohlprofil ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise mit einem Gussmetallwerkstoff umgossen ist. The present invention relates to a composite component, comprising a Einlegerprofil, which is designed as a hollow profile and at least partially encapsulated with a cast metal material. Moreover, the present invention relates to a method for producing a composite component, which has a Einlegerprofil, which is designed as a hollow profile and at least partially encapsulated with a cast metal material.

Verbundbauteile der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und werden zum Beispiel zur Herstellung von Leichtbaustrukturen moderner Kraftfahrzeuge eingesetzt. Wesentliche Zielsetzungen bei der Entwicklung von Verbundbauteilen sind neben einer Gewichtsreduktion auch eine Material- und Kosteneinsparung bei gleichzeitiger Beibehaltung der gewünschten mechanischen Festigkeitseigenschaften. Composite components of the type mentioned are known from the prior art in different embodiments and are used for example for the production of lightweight structures of modern motor vehicles. Essential objectives in the development of composite components, in addition to a weight reduction and a material and cost savings while maintaining the desired mechanical strength properties.

Im Stand der Technik werden die Einlegerprofile, die mit dem Gussmetallwerkstoff umgossen werden, häufig aus Blech hergestellt. Aus der DE 10 2014 004 345 A1 ist zum Beispiel ein Verbundbauteil mit einem Einlegerprofil aus Blech bekannt, welches eine Beschichtung aufweist. Diese Beschichtung dient dem Zweck, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegerprofil und einer Verstärkungsstruktur im beschichteten Bereich des Einlegerprofils zu vermeiden. Die Beschichtung ist dazu in der Lage, das Einlegerprofil und die Verstärkungsstruktur vor Korrosion zu schützen. In the prior art, the insert profiles, which are encapsulated with the cast metal material, often made of sheet metal. From the DE 10 2014 004 345 A1 For example, a composite component with an insert profile made of sheet metal is known, which has a coating. This coating serves the purpose of avoiding a cohesive connection between the insert profile and a reinforcing structure in the coated region of the insert profile. The coating is capable of protecting the insert profile and reinforcing structure from corrosion.

Die EP 1 571 070 A2 offenbart ein Verbundbauteil mit einem Einlegerprofil und einem daran angegossenen Gussmetallwerkstoff. Das Einlegerprofil weist eine Beschichtung auf, um das Einlegerprofil elektrisch gegenüber dem Gussmetallwerkstoff zu isolieren. Durch diese Maßnahme kann eine Kontaktkorrosion, die durch unterschiedliche elektrochemische Potentiale des Einlegerprofils und des Gussmetallwerkstoffs hervorgerufen wird, wirksam verhindert werden. The EP 1 571 070 A2 discloses a composite member having a liner profile and a cast metal material cast thereon. The insert profile has a coating to electrically insulate the insert profile from the cast metal material. By this measure, a contact corrosion, which is caused by different electrochemical potentials of the Einlegerprofils and the cast metal material, can be effectively prevented.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil der eingangs genannten Art und ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils zur Verfügung zu stellen, bei denen das Einlegerprofil aus einem alternativen Werkstoff hergestellt ist, der insbesondere zu einer weiteren Gewichtsreduktion des Verbundbauteils beiträgt. The present invention has for its object to provide a composite component of the type mentioned and a generic method for producing a composite component available in which the insert profile is made of an alternative material, which contributes in particular to a further reduction in weight of the composite component.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verbundbauteil der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. The solution of this problem provides a composite component of the type mentioned above with the features of the characterizing part of claim 1. Regarding the method, the object underlying the present invention by a generic method for producing a composite component having the features of claim 6 is achieved. The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass das Einlegerprofil aus Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, glasfaserverstärktem Kunststoff, Faserverbundkunststoff oder einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff oder Magnesiumwerkstoff, hergestellt ist und an seiner Außenseite eine Schutzbeschichtung aus einem Werkstoff mit einer derart geringen Wärmeleitfähigkeit aufweist, dass die Schutzbeschichtung dazu geeignet ist, während des Gießprozesses einen Wärmeeintrag von einer Gussmetallwerkstoffschmelze in das Einlegerprofil zu minimieren. Bei dem Gussmetallwerkstoff handelt es sich um einen Leichtmetallwerkstoff, insbesondere um eine Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierung. Beim Erstarren der Gussmetallwerkstoffschmelze wird durch Aufschrumpfen ein kraft- und formschlüssiger Verbund aus dem Gussmetallwerkstoff und dem mit der Schutzbeschichtung versehenen Einlegerprofil gebildet. Dadurch, dass das Einlegerprofil des erfindungsgemäßen Verbundbauteils aus Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, glasfaserverstärktem Kunststoff, Faserverbundkunststoff oder einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, hergestellt ist, weist das Einlegerprofil ebenfalls ein geringes Eigengewicht auf, was zu einer weiteren Gewichtsreduktion des Verbundbauteils beiträgt. Da diese Materialien ihrerseits jedoch temperatursensitiv sind, besteht die Gefahr, dass diese bei einem unmittelbaren Kontakt mit der Gussmetallwerkstoffschmelze während des Gießprozesses beschädigt werden. Um diesem Problem abzuhelfen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Einlegerprofil an seiner Außenseite eine Schutzbeschichtung aus einem Werkstoff mit einer so geringen Wärmeleitfähigkeit aufweist, dass die Schutzbeschichtung während des Gießprozesses einen Wärmeeintrag von der Gussmetallwerkstoffschmelze in das Einlegerprofil minimieren kann. Die Schutzbeschichtung wirkt somit wärmeisolierend und ist dadurch in der Lage, die Gefahr thermisch induzierter Schädigungen des Einlegerprofils zu verringern. Weiterhin ist es möglich, dass die Schutzbeschichtung selbst zusätzliche Korrosionsschutzeigenschaften aufweist oder alternativ mit einer zusätzlichen Korrosionsschutzbeschichtung versehen ist. Es ist auch möglich, zwischen der Schutzbeschichtung und dem Einlegerprofil eine Korrosionsschutzzwischenschicht vorzusehen. Die Schutzbeschichtung ist bevorzugt, jedoch keinesfalls zwingend, nur im Bereich der Verbundgusszone notwendig. Wie schon beschrieben, kann die Beschichtung auch als eine kompakte Schicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit ausgeführt sein z.B. als eine thermisch gespritzte Oxidschicht (Zirkonoxid, Aluminum, Mischoxide usw.). A composite component according to the invention is characterized in that the insert profile is made of plastic, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic, fiber composite plastic or a light metal material, in particular of an aluminum material or magnesium material, and has on its outside a protective coating of a material with such a low thermal conductivity, the protective coating is suitable for minimizing a heat input from a cast metal material melt into the insert profile during the casting process. The cast metal material is a light metal material, in particular an aluminum, magnesium or titanium alloy. During solidification of the cast metal material melt, shrink-fit forms a frictional and positive-locking composite of the cast metal material and the insert profile provided with the protective coating. Characterized in that the insert profile of the composite component according to the invention made of plastic, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic, fiber composite plastic or a light metal material, in particular of an aluminum or magnesium alloy, the insert profile also has a low weight, which contributes to a further weight reduction of the composite component , However, as these materials are themselves temperature sensitive, there is a risk that they will be damaged during direct contact with the cast metal melt during the casting process. In order to remedy this problem, it is provided according to the invention that the insert profile has on its outside a protective coating of a material with such low thermal conductivity that the protective coating can minimize a heat input from the cast metal material melt into the insert profile during the casting process. The protective coating thus acts as a heat-insulating and is thereby able to reduce the risk of thermally induced damage to the insert profile. Furthermore, it is possible that the protective coating itself has additional anti-corrosion properties or is alternatively provided with an additional anti-corrosion coating. It is also possible to provide an intermediate corrosion protection layer between the protective coating and the insert profile. The protective coating is preferred, but by no means mandatory, only necessary in the region of the composite casting zone. As already described, the coating can also be used as a compact layer with less Be carried out thermal conductivity, for example as a thermally sprayed oxide layer (zirconium oxide, aluminum, mixed oxides, etc.).

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Schutzbeschichtung eine Vielzahl von Schutzpartikeln aufweist, die als Hohlkörper ausgebildet sind. Derartige Hohlkörper weisen eine sehr geringe intrinsische Wärmeleitfähigkeit auf, so dass sie besonders gut geeignet sind, um den Wärmeeintrag von der Gussmetallwerkstoffschmelze in das Einlegerprofil zu minimieren. In a preferred embodiment, it is proposed that the protective coating has a plurality of protective particles, which are formed as hollow bodies. Such hollow bodies have a very low intrinsic thermal conductivity, so that they are particularly well suited to minimize the heat input from the cast metal material melt into the insert profile.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Hohlkörper so ausgebildet sind, dass sie unter der Einwirkung eines mechanischen Drucks kollabieren können. Die Hohlkörper werden während des Schrumpfprozesses aufgrund einer Druckeinwirkung zerstört, so dass sich die Schichtdicke der Schutzbeschichtung verringert. Dadurch verringert sich ebenfalls die Aufschrumpfkraft. In a particularly preferred embodiment, there is the possibility that the hollow bodies are designed so that they can collapse under the action of a mechanical pressure. The hollow bodies are destroyed during the shrinking process due to a pressure, so that the layer thickness of the protective coating is reduced. This also reduces the Aufschrumpfkraft.

Die Aufschrumpfkraft beziehungsweise Aufschrumpfspannung kann durch eine entsprechende Wahl der Dicke der Schutzbeschichtung eingestellt werden. Ferner hängt die Aufschrumpfkraft auch von der Dimensionierung (Wandstärke und Mantelfläche) des Gussmetallwerkstoffmantels und von dem Gussmetallwerkstoff selbst sowie von weiteren Prozessparametern, wie zum Beispiel der Abkühlgeschwindigkeit der Gussmetallwerkstoffschmelze, ab. Die während des Schrumpfprozesses zerstörten Hohlkörper der Schutzbeschichtung sind komprimiert und scharfkantig und beeinflussen auf diese Weise auch den Kraftschluss zwischen der Schutzbeschichtung und dem Gussmetallwerkstoff. Scharfe Bruchstücke der zerstörten Hohlkörper der Schutzbeschichtung ragen überdies in den Gussmetallwerkstoff hinein und erzeugen auf diese Weise auch einen Formschluss zwischen der Schutzbeschichtung und dem Gussmetallwerkstoff. Wenn die Hohlkörper der Schutzbeschichtung nur teilweise und damit ungleichmäßig kollabieren, ergibt sich daraus eine unebene und profilierte Grenzfläche zu dem Gussmetallwerkstoff, die ebenfalls zu einer formschlüssigen Verbindung des Gussmetallwerkstoffs mit der Schutzbeschichtung führt. The Aufschrumpfkraft or Aufschrumpfspannung can be adjusted by an appropriate choice of the thickness of the protective coating. Furthermore, the Aufschrumpfkraft also depends on the dimensions (wall thickness and lateral surface) of the cast metal material jacket and the cast metal material itself and of other process parameters, such as the cooling rate of cast metal material melt from. The hollow bodies of the protective coating destroyed during the shrinking process are compressed and sharp-edged and in this way also influence the frictional connection between the protective coating and the casting metal material. Sharp fragments of the destroyed hollow body of the protective coating also protrude into the cast metal material and in this way also create a positive connection between the protective coating and the cast metal material. If the hollow body of the protective coating collapse only partially and thus unevenly, this results in an uneven and profiled interface with the cast metal material, which also leads to a positive connection of the cast metal material with the protective coating.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Schutzbeschichtung aus einem porösen Werkstoff hergestellt ist und so ausgebildet ist, dass sie unter der Einwirkung eines mechanischen Drucks kollabieren kann. Durch das Kollabieren verringern sich die Schichtdicke der Schutzbeschichtung sowie die Aufschrumpfkraft. Alternatively, it can also be provided that the protective coating is made of a porous material and is designed so that it can collapse under the action of a mechanical pressure. The collapse reduces the layer thickness of the protective coating and the Aufschrumpfkraft.

Vorzugsweise kann die Schutzbeschichtung aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sein. Dadurch ist es möglich, die Schutzbeschichtung besonders kompakt auszubilden. Die keramische Schutzbeschichtung kann zum Beispiel durch thermisches Spritzen auf die Außenseite des Einlegerprofils aufgebracht werden. Preferably, the protective coating may be made of a ceramic material. This makes it possible to form the protective coating particularly compact. The ceramic protective coating can be applied to the outside of the insert profile by thermal spraying, for example.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das ein Einlegerprofil aufweist, welches als Hohlprofil ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise mit einem Gussmetallwerkstoff umgossen ist, umfasst die Schritte

a) Herstellen des Einlegerprofils aus Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, glasfaserverstärktem Kunststoff, Faserverbundkunststoff oder einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff oder Magnesiumwerkstoff,
b) Aufbringen einer Schutzbeschichtung mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit auf eine Außenseite des Einlegerprofils und
c) zumindest abschnittsweises Umgießen des Einlegerprofils mit einer Gussmetallwerkstoffschmelze, so dass beim Erstarren der Gussmetallwerkstoffschmelze durch Aufschrumpfen ein kraft- und formschlüssiger Verbund aus dem Gussmetallwerkstoff und dem mit der Schutzbeschichtung versehenen Einlegerprofil gebildet wird.

An inventive method for producing a composite component, which has a Einlegerprofil, which is designed as a hollow profile and at least partially encapsulated with a cast metal material comprises the steps

a) producing the insert profile of plastic, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic, fiber composite plastic or a light metal material, in particular of an aluminum material or magnesium material,
b) applying a protective coating with a low thermal conductivity on an outside of the Einlegerprofils and
c) at least partially encapsulating the insert profile with a cast metal material melt, so that upon solidification of the cast metal material melt by shrinking, a non-positive and positive bond is formed from the cast metal material and the insert profile provided with the protective coating.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ein Verbundbauteil mit einem geringen Gesamtgewicht herzustellen, da das Einlegerprofil aus Leichtbauwerkstoffen hergestellt ist. Bei dem Gussmetallwerkstoff, mit dem das Einlegerprofil zumindest abschnittsweise umgossen wird, handelt es sich um einen Leichtmetallwerkstoff, insbesondere um eine Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierung. Diese Materialauswahl trägt ebenfalls zu einem geringen Gesamtgewicht des Verbundbauteils bei. Die Schutzbeschichtung verhindert in vorteilhafter Weise eine Beschädigung des temperatursensitiven Einlegerprofils bei der Beaufschlagung mit der Gussmetallwerkstoffschmelze, indem sie thermisch isolierend wirkt. Geeignete Gießverfahren sind unter anderem Sandguss, Kokillenguss, insbesondere Niederdruckkokillenguss, Druckguss sowie Thixocasting. Um ein Eindringen der Gussmetallwerkstoffschmelze in den Hohlraum des Einlegerprofils zu verhindern, werden dessen offene Stirnflächen vorzugsweise mittels eines Verschlussorgans verschlossen. With the aid of the method according to the invention, it is possible to produce a composite component with a low overall weight, since the insert profile is made of lightweight construction materials. In the cast metal material with which the insert profile is at least partially encapsulated, it is a light metal material, in particular an aluminum, magnesium or titanium alloy. This selection of materials also contributes to a low total weight of the composite component. The protective coating advantageously prevents damage to the temperature-sensitive insert profile when exposed to the cast metal material melt by acting as a thermal insulator. Suitable casting methods include sand casting, chill casting, in particular low-pressure chill casting, die casting and thixocasting. In order to prevent penetration of the cast metal material melt into the cavity of the insert profile, its open end faces are preferably closed by means of a closure member.

Um den Wärmeaustrag aus dem Einlegerprofil zu verbessern und die Gefahr einer thermisch bedingten Schädigung des Einlegerprofils weiter zu verringern, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass während des Gießprozesses im Verfahrensschritt c) ein Wärmetransportmedium, insbesondere Luft oder ein Wassernebel, durch das Einlegerprofil geleitet wird. Durch diese Maßnahme wird eine wirksame Innenkühlung des Einlegerprofils während des Gießprozesses erreicht. In order to improve the heat emission from the insert profile and to further reduce the risk of thermally induced damage to the insert profile, it is proposed in an advantageous embodiment that during the casting process in method step c) a heat transport medium, in particular air or a water mist, is passed through the insert profile , By this measure, an effective internal cooling of the insert profile is achieved during the casting process.

Vorzugsweise wird die Gussmetallwerkstoffschmelze in der Verbundzone zu dem mit der Schutzbeschichtung versehenen Einlegerprofil sehr rasch abgekühlt. Dieses kann ebenfalls dazu beitragen, eine thermisch induzierte Beschädigung des Einlegerprofils zu verhindern. Preferably, the cast metal material melt in the bonding zone is cooled very rapidly to the liner profile provided with the protective coating. This can also help prevent thermally induced damage to the insert profile.

Um ein Kollabieren des Einlegerprofils während des Gießprozesses, insbesondere durch Druckbeaufschlagung, zu verhindern, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass vor dem Verfahrensschritt c) in den Hohlraum des Einlegerprofils ein Verstärkungskern eingebracht wird. In order to prevent a collapse of the insert profile during the casting process, in particular by pressurization, it is provided in a particularly advantageous embodiment that a reinforcement core is introduced into the cavity of the insert profile before method step c).

Vorzugsweise kann die Schutzbeschichtung durch eine Vielzahl von Schutzpartikeln gebildet werden, die als Hohlkörper auf die Außenseite des Einlegerprofils aufgebracht werden. Derartige Hohlkörper weisen eine geringe intrinsische Wärmeleitfähigkeit auf. Die Hohlkörper der Schutzbeschichtung werden während des Schrumpfprozesses durch eine Druckbeanspruchung zerstört und dadurch komprimiert. Nach der Zerstörung sind die Hohlkörper scharfkantig und beeinflussen auf diese Weise auch den Kraftschluss zwischen der Schutzbeschichtung und dem Gussmetallwerkstoff. Preferably, the protective coating can be formed by a plurality of protective particles, which are applied as a hollow body to the outside of the Einlegerprofils. Such hollow bodies have a low intrinsic thermal conductivity. The hollow body of the protective coating are destroyed by the compressive stress during the shrinking process and thereby compressed. After destruction, the hollow bodies are sharp-edged and influence in this way, the adhesion between the protective coating and the cast metal material.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schutzbeschichtung als poröse Schicht auf die Außenseite des Einlegerprofils aufgebracht wird und unter einer Druckbeanspruchung kollabiert und verdichtet wird. Dadurch wird ebenfalls der Kraftschluss zwischen der Schutzbeschichtung und dem Gussmetallwerkstoff beeinflusst. In an alternative embodiment it can be provided that the protective coating is applied as a porous layer on the outside of the Einlegerprofils and collapsed under a compressive stress and is compressed. This also influences the adhesion between the protective coating and the cast metal material.

Um die Schutzbeschichtung besonders kompakt auszuführen, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Schutzbeschichtung aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist. Eine derartige keramische Schutzbeschichtung kann insbesondere durch thermisches Spritzen auf die Außenseite des Einlegerprofils aufgebracht werden. To make the protective coating particularly compact, it can be provided in an advantageous embodiment that the protective coating is made of a ceramic material. Such a ceramic protective coating can be applied in particular to the outside of the insert profile by thermal spraying.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende 1, die eine perspektivische Ansicht eines gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verbundbauteils 1 zeigt. Dabei wurden einzelne Abschnitte aus dem Verbundbauteil 1 herausgebrochen, um Einzelheiten des inneren Aufbaus zu verdeutlichen. Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings 1 13 is a perspective view of a composite component constructed in accordance with a preferred embodiment of the present invention 1 shows. In this case, individual sections of the composite component 1 broken out to clarify details of the internal structure.

Das Verbundbauteil 1 umfasst ein Einlegerprofil 2, das als Hohlprofil ausgebildet ist und aus Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), Faserverbundkunststoff (FVK) oder aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung, hergestellt ist. Das Einlegerprofil 2 wird bei der Herstellung des Verbundbauteils 1 in eine Gussform eingebracht und in dieser zumindest bereichsweise mit einem Gussmetallwerkstoff 3 umgossen. Bei dem Gussmetallwerkstoff 3 handelt es sich um einen Leichtmetallwerkstoff, insbesondere um eine Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierung, um eine möglichst geringe Gesamtmasse des Verbundbauteils 1 zu erhalten. Geeignete Gießverfahren sind unter anderem Sandguss, Kokillenguss, insbesondere Niederdruckkokillenguss, Druckguss sowie Thixocasting. Um ein Eindringen der Gussmetallwerkstoffschmelze in den Hohlraum des Einlegerprofils 2 zu verhindern, werden dessen offene Stirnflächen vorzugsweise mittels eines Verschlussorgans verschlossen. Um ein Kollabieren des Einlegerprofils 2 aufgrund einer Druckbeaufschlagung während des Gießprozesses wirksam verhindern zu können, wird in den Hohlraum des Einlegerprofils 2 vorzugsweise zumindest ein Verstärkungskern eingebracht. The composite component 1 includes a bur profile 2 , which is designed as a hollow profile and made of plastic, carbon fiber reinforced plastic (CFRP), glass fiber reinforced plastic (GRP), fiber reinforced plastic (FRP) or a light metal material, in particular of an aluminum alloy or a magnesium alloy. The insert profile 2 is used in the production of the composite component 1 placed in a mold and in this at least partially with a cast metal material 3 cast around. In the cast metal material 3 it is a light metal material, in particular an aluminum, magnesium or titanium alloy, to the lowest possible total mass of the composite component 1 to obtain. Suitable casting methods include sand casting, chill casting, in particular low-pressure chill casting, die casting and thixocasting. To prevent penetration of the cast metal material melt into the cavity of the insert profile 2 To prevent the open end surfaces are preferably closed by means of a closure member. To collapse the insert profile 2 to prevent effectively due to pressurization during the casting process is in the cavity of the Einlegerprofils 2 preferably at least one reinforcing core introduced.

Da die Werkstoffe, aus denen das Einlegerprofil 2 hergestellt ist, temperatursensitiv sind und damit bei einer Beaufschlagung mit der Gussmetallwerkstoffschmelze unter Umständen beschädigt werden können, muss ein unmittelbarer Kontakt der Gussmetallwerkstoffschmelze mit dem Einlegerprofil 2 verhindert werden. Zu diesem Zweck weist das Einlegerprofil 2 an seiner Außenseite eine Schutzbeschichtung 4 aus einem Werkstoff mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit auf, um auf diese Weise den Wärmeeintrag in das Einlegerprofil 2 zu minimieren. Because the materials that make up the insert profile 2 is manufactured, are temperature-sensitive and thus may be damaged when exposed to the casting metal material melt, must be a direct contact of the cast metal material melt with the Einlegerprofil 2 be prevented. For this purpose, the insert profile 2 on its outside a protective coating 4 made of a material with a very low thermal conductivity, in order in this way the heat input into the insert profile 2 to minimize.

Die Schutzbeschichtung 4 kann vorzugsweise eine Vielzahl von Schutzpartikeln aufweisen, die als Hohlkörper ausgebildet sind. Derartige Hohlkörper zeichnen sich durch eine sehr geringe intrinsische Wärmeleitfähigkeit aus und sind daher besonders geeignet, um den Wärmeeintrag von der Gussmetallwerkstoffschmelze in das Einlegerprofil 2 zu minimieren. The protective coating 4 may preferably have a plurality of protective particles, which are formed as hollow bodies. Such hollow bodies are characterized by a very low intrinsic thermal conductivity and are therefore particularly suitable for the heat input from the cast metal material melt into the insert profile 2 to minimize.

Es besteht alternativ auch die Möglichkeit, dass die Schutzbeschichtung 4 porös ausgebildet ist, so dass sie unter einer Druckbeanspruchung kollabieren kann und dadurch verdichtet werden kann. Alternatively there is the possibility that the protective coating 4 is porous, so that they can collapse under a compressive stress and thereby can be compressed.

Um die Schutzbeschichtung 4 besonders kompakt auszuführen, kann diese insbesondere aus einem Keramikwerkstoff bestehen. Die Außenseite 20 des Einlegerprofils 2 kann zum Beispiel durch thermisches Spritzen mit dem Keramikwerkstoff beschichtet werden, um auf diese Weise die Schutzbeschichtung 4 zu erhalten. To the protective coating 4 To perform particularly compact, this may in particular consist of a ceramic material. The outside 20 of the depositor profile 2 For example, it may be coated by thermal spraying with the ceramic material to provide the protective coating 4 to obtain.

Beim Erstarren der Gussmetallwerkstoffschmelze wird durch Aufschrumpfen ein kraft- und formschlüssiger Verbund aus dem Gussmetallwerkstoff 3 und dem mit der Schutzbeschichtung 4 versehenen Einlegerprofil 2 gebildet. Wenn die Schutzbeschichtung 4 eine Vielzahl von Schutzpartikeln aufweist, die als Hohlkörper ausgebildet sind, werden diese während des Schrumpfprozesses zerstört, so dass sich die Schichtdicke der Schutzbeschichtung 4 verringert. Dadurch verringert sich ebenfalls die Aufschrumpfkraft. Entsprechendes gilt auch für eine poröse Schutzbeschichtung 4, die durch eine Druckeinwirkung kollabiert. Die Schrumpfkraft beziehungsweise Schrumpfspannung kann zum Beispiel durch eine entsprechende Wahl der Dicke der Schutzbeschichtung 4 eingestellt werden. Die während des Schrumpfprozesses zerstörten Hohlkörper der Schutzbeschichtung 4 sind komprimiert und scharfkantig und beeinflussen auf diese Weise auch den Kraftschluss zwischen der Schutzbeschichtung 4 und dem Gussmetallwerkstoff 3. Scharfe Bruchstücke der zerstörten Hohlkörper der Schutzbeschichtung 4 ragen überdies in den Gussmetallwerkstoff 3 hinein und erzeugen auf diese Weise auch einen Formschluss zwischen der Schutzbeschichtung 4 und dem Gussmetallwerkstoff 3. When solidification of the cast metal material melt is by shrinking a force and positive-locking composite of the cast metal material 3 and with the protective coating 4 provided insert profile 2 educated. If the protective coating 4 has a plurality of protective particles, which are formed as hollow bodies, they are destroyed during the shrinking process, so that the layer thickness of the protective coating 4 reduced. This also reduces the Aufschrumpfkraft. The same applies to a porous protective coating 4 , which collapses due to pressure. The shrinkage force or shrinkage stress can, for example, by an appropriate choice of the thickness of the protective coating 4 be set. The hollow body of the protective coating destroyed during the shrinking process 4 are compressed and sharp-edged and influence in this way, the adhesion between the protective coating 4 and the cast metal material 3 , Sharp fragments of the destroyed hollow body of the protective coating 4 moreover, they protrude into the cast metal material 3 into it and in this way also create a positive connection between the protective coating 4 and the cast metal material 3 ,

Wenn die Hohlkörper der Schutzbeschichtung 4 nur teilweise und damit ungleichmäßig kollabieren, ergibt sich eine unebene und profilierte Grenzfläche zu dem Gussmetallwerkstoff 3 die ebenfalls zu einer formschlüssigen Verbindung des Gussmetallwerkstoffs 3 mit der Schutzbeschichtung 4 führt. If the hollow body of the protective coating 4 collapse only partially and thus unevenly, results in an uneven and profiled interface with the cast metal material 3 which also form a positive connection of the cast metal material 3 with the protective coating 4 leads.

Um das Einlegerprofil 2 zusätzlich zu der Schutzbeschichtung 4 vor temperaturbedingten Schädigungen zu schützen, können vorzugsweise weitere Maßnahmen ergriffen werden. So hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Gussmetallwerkstoff 3 in der Verbundzone zu der Schutzbeschichtung 4 mit hoher Geschwindigkeit abgekühlt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es zum Beispiel auch möglich, dass während des Gießprozesses ein Wärmetransportmedium, wie zum Beispiel Luft oder ein Wassernebel durch das Einlegerprofil 2 geleitet wird. Dadurch wird eine wirksame Innenkühlung des Einlegerprofils 2 während des Gießprozesses ermöglicht. To the insert profile 2 in addition to the protective coating 4 To protect against temperature-related damage, further measures may preferably be taken. So it has proved to be advantageous if the cast metal material 3 in the bond zone to the protective coating 4 is cooled at high speed. Alternatively or additionally, it is also possible, for example, during the casting process, for a heat transport medium, such as for example air or a mist of water, through the insert profile 2 is directed. This will provide effective internal cooling of the insert profile 2 during the casting process.

Wenn der Gussmetallwerkstoff 3 eine Aluminiumlegierung ist, kann das Verbundbauteil 1 in unterschiedlicher Weise einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Beispielsweise ist eine Wärmebehandlung T5 gemäß DIN EN 515:1993-12 möglich, die ein Abschrecken des Gussmetallwerkstoffs 3 aus der Gießhitze und ein anschließendes Warmauslagern umfasst. Durch diese Maßnahmen kann es unter Umständen zu einem Spannungsabbau kommen, der den Kraftschluss verändert. Wenn das Einlegerprofil 2 aus Kunststoff hergestellt ist, hängt die maximal mögliche Warmauslagerungstemperatur von dem für die Herstellung gewählten Kunststoffmaterial ab. Die Verwendung entsprechender Hochtemperatur-Kunststoffe ermöglicht es, Einlegerprofile 2 herzustellen, die typischen Warmauslagerungstemperaturen von etwa 140 °C bis etwa 200 °C standhalten können. If the cast metal material 3 is an aluminum alloy, the composite component can 1 be subjected to a heat treatment in different ways. For example, a heat treatment T5 is according to DIN EN 515: 1993-12 possible, a quenching of the cast metal material 3 from the casting heat and subsequent heat aging includes. Under certain circumstances, these measures can lead to a reduction in tension, which changes the frictional connection. If the insert profile 2 is made of plastic, the maximum possible Ausauslagerungstemperatur depends on the plastic material chosen for the production. The use of appropriate high-temperature plastics makes it possible Einlegerprofile 2 which can withstand typical hot aging temperatures of about 140 ° C to about 200 ° C.

Es ist zum Beispiel auch möglich, das Verbundbauteil 1 einer Wärmebehandlung T1 gemäß DIN EN 515:1993-12 zu unterziehen, die ein Abschrecken aus der Gießform und ein anschließendes Kaltauslagern umfasst. Die für warmaushärtbare Aluminiumlegierungen typische Wärmebehandlung T6 gemäß der vorstehend genannten Norm, die aus einem Lösungsglühen, einem Abschrecken und einem anschließendem Warmauslagern besteht, ist demgegenüber nicht möglich. It is also possible, for example, the composite component 1 a heat treatment T1 according to DIN EN 515: 1993-12 undergo quenching from the mold and subsequent cold aging. By contrast, the heat treatment T6 typical of hot-hardenable aluminum alloys in accordance with the abovementioned standard, which consists of solution heat treatment, quenching and subsequent heat aging, is not possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014004345 A1 [0003]
EP 1571070 A2 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN 515: 1993-12 [0030]
DIN EN 515: 1993-12 [0031]

Claims

Composite component ( 1 ) comprising a depositor profile ( 2 ), which is designed as a hollow profile and at least partially with a cast metal material ( 3 ) is encapsulated, characterized in that the insert profile ( 2 ) made of plastic, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic, fiber reinforced plastic or a light metal material, in particular of an aluminum material or magnesium material, and on its outside a protective coating ( 4 ) of a material having such a low thermal conductivity that the protective coating ( 4 ) is suitable for, during the casting process, a heat input from a cast metal material melt in the insert profile ( 2 ) to minimize.

Composite component ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the protective coating ( 4 ) has a plurality of protective particles, which are formed as a hollow body.

Composite component ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the hollow bodies are formed so that they can collapse under the action of a mechanical pressure.

Composite component ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the protective coating ( 4 ) is made of a porous material and is designed so that it can collapse under the action of a mechanical pressure.

Composite component ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the protective coating ( 4 ) is made of a ceramic material.

Method for producing a composite component ( 1 ), which has an insert profile ( 2 ), which is formed as a hollow profile and at least partially with a cast metal material ( 3 ), comprising the steps of a) producing the insert profile ( 2 ) made of plastic, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic, fiber composite plastic or a light metal material, in particular of an aluminum material or magnesium material, b) applying a protective coating ( 4 ) with a low thermal conductivity on an outer side of the Einlegerprofils ( 2 ) and c) at least partially casting the insert profile ( 2 ) with a casting metal material melt, so that upon solidification of the cast metal material melt by shrinking a frictional and positive-locking composite of the cast metal material ( 3 ) and with the protective coating ( 4 ) insert profile ( 2 ) is formed.

A method according to claim 6, characterized in that during the casting process in step c) a heat transport medium, in particular air or a water mist, by the Einlegerprofil ( 2 ).

Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that before the process step c) in the cavity of the Einlegerprofils ( 2 ) is introduced a reinforcing core.

Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the protective coating ( 4 ) is formed by a plurality of protective particles, which as a hollow body on the outside of the Einlegerprofils ( 2 ) are applied.

A method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the protective coating ( 4 ) as a porous layer on the outside of the Einlegerprofils ( 2 ) is applied and collapsed under a compressive stress and compacted.