DE102018129495A1 - Process for repairing a metal-fiber-plastic composite component - Google Patents

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Holger Seidlitz
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Abstract

Ein Verfahren zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (1) mit einem Hybridverbundwerkstoff, umfassend zumindest eine Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3) und eine damit verbundene Metallschicht (2) wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweistA Ermittlung des Schadensumfangs;B Einfügen eines Lochs (4) durch den Hybridverbundwerkstoff im Umfang des in Schritt A) ermittelten Schadens;C Einsetzen eines Metallstücks (5) in das Loch (4) auf Höhe der Metallschicht (2) und stoffschlüssiges Verbinden des Metallstücks (5) mit der Metallschicht (2);D Konturierung des Loches (4) im Anschluss an Schritt B oder C unter Ausbildung einer konischen Randkontur (9)E Bereitstellen eines mit dem konturierten Loch (4) aus Schritt D korrespondierenden Reparaturflickens (8) im Anschluss an einen der Schritte A-D undF Einsetzen des Reparaturflickens (8) in das konturierte Loch (4) und stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Reparaturflicken (8) und der Metallschicht (2), sowie dem Reparaturflicken (8) und dem übrigen Material der Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3); sowie eine Verwendung des Verfahrens.A method for repairing a metal-fiber-plastic composite component (1) with a hybrid composite material, comprising at least one fiber-plastic composite material layer (3) and an associated metal layer (2), the method comprising at least the following stepsA Determining the extent of damage; B inserting a hole (4) through the hybrid composite material to the extent of the damage determined in step A); C inserting a metal piece (5) into the hole (4) at the level of the metal layer (2) and integrally connecting the metal piece ( 5) with the metal layer (2); D contouring the hole (4) following step B or C to form a conical edge contour (9) E providing a repair patch (8) corresponding to the contoured hole (4) from step D Connection to one of the steps AD and F, inserting the repair patch (8) into the contoured hole (4) and a material connection between the repair patch (8) and the metal layer t (2), as well as the repair patch (8) and the remaining material of the fiber-plastic composite material layer (3); as well as a use of the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils.The present invention relates to a method for repairing a metal-fiber-plastic composite component.

Im Stand der Technik existieren einige Methoden mit welchen wahlweise nur Verbundmaterialien oder Metalle repariert werden können.In the prior art, there are some methods with which only composite materials or metals can be repaired.

Die US 2007/0175967 A1 offenbart ein Verfahren zum Reparieren von Metallen mittels eines Rührreibschweiß-Verfahrens.The US 2007/0175967 A1 discloses a method for repairing metals using a friction stir welding method.

In der US 4,858,853 A wird ein Verfahren zum Reparieren von gebogenen Verbundoberflächen vorgestellt. Das hierbei vorgestellte Verfahren kann grundsätzlich auch zum Reparieren von Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen eingesetzt werden. Durch die Anwendung dieses Verfahrens wird allerdings das Gewicht des reparierten Bauteils unverhältnismäßig erhöht.In the US 4,858,853 A a method for repairing curved composite surfaces is presented. The method presented here can in principle also be used to repair fiber-plastic composite components. By using this method, however, the weight of the repaired component is increased disproportionately.

Die US 2014/0141190 A1 und die US 8,475 615 B2 offenbaren jeweils ein Verfahren zur Reparatur spezieller Verbundmaterial-Bauteile. Eine Reparatur von Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen ist hierbei nicht offenbart oder beschrieben.The US 2014/0141190 A1 and the US 8,475,615 B2 each disclose a method for repairing special composite material components. A repair of fiber-plastic composite components is not disclosed or described here.

Die US 5,868,886 A offenbart ein weiteres Verfahren zur Reparatur von Verbundmaterial-Bauteile durch Einsatz eines Z-Pin in einer Verbindung zum Reparaturflicken, was zu einer verstärkten Beanspruchung um die Z-Pinlöcher führt. Eine Anwendung auf die Reparatur von Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile wird dabei nicht nahegelegt.The US 5,868,886 A discloses another method of repairing composite material components by using a Z-pin in a repair patch connection, resulting in increased stress around the Z-pin holes. An application to the repair of fiber-plastic composite components is not suggested.

Im Bereich der Faser-Kunststoff-Verbundmaterial-Bauteile, welche als Verbindung aus Faserverbundmaterialschichten und Metallschichten ausgebildet sind, werden im Fall einer Beschädigung Metallstücke unter Nutzung von mechanischen Verbindungen wie Nieten oder Schrauben ergänzt. Dadurch kann die Festigkeit zwar schnell wiederhergestellt werden, allerdings wird das Gewicht des Bauteils dadurch stark erhöht und die Festigkeit ist nicht dauerhaft von Bestand sondern die Sicherheit der Verbindung und damit des Bauteils nimmt nach kurzer Zeit ab.In the area of fiber-plastic composite material components, which are formed as a connection from fiber composite material layers and metal layers, metal pieces are supplemented in the event of damage using mechanical connections such as rivets or screws. Although the strength can be restored quickly, the weight of the component is greatly increased and the strength is not permanent, but the security of the connection and thus the component decreases after a short time.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik und der geschilderten Problematik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils bereitzustellen, welches eine hohe Festigkeit des reparierten Bauteils über einen längeren Zeitraum gewährleistet und keine übermäßige Gewichtserhöhung zur Folge hat.Starting from the aforementioned prior art and the problems outlined, it is therefore the object of the present invention to provide a method for repairing a metal-fiber-plastic composite component which ensures high strength of the repaired component over a longer period of time and no excessive weight increase has the consequence.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The present invention solves this problem by a method having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils mit einem Verbundwerkstoff.A method according to the invention serves to repair a metal-fiber-plastic composite component with a composite material.

Das besagte Bauteil kann vollständig aus dem Hybridverbundwerkstoff bestehen oder lediglich abschnittsweise den besagten Hybridverbundwerkstoff, z.B. als plattenförmiger Einsatz in einem Rahmen, aufweisen.Said component can consist entirely of the hybrid composite or only in sections of the said hybrid composite, e.g. as a plate-shaped insert in a frame.

Der Hybridverbundwerkstoff umfasst zumindest eine Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht, nachfolgend auch FKV-Materialschicht genannt, und eine damit verbundene Metallschicht. Vorzugsweise wird dabei lediglich eine einzige Metallschicht, z.B. ein Metallblech, verwendet. Die beiden Schichten sind unmittelbar übereinander geordnet. Die Abfolge der Schichten definiert dabei eine sogenannte Stapelrichtung.The hybrid composite material comprises at least one fiber-plastic composite material layer, hereinafter also called FKV material layer, and a metal layer connected to it. Preferably only a single metal layer, e.g. a metal sheet used. The two layers are arranged directly one above the other. The sequence of the layers defines a so-called stacking direction.

Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:The process comprises at least the following steps:

A Ermittlung des Schadensumfangs;A determination of the extent of damage;

Zunächst wird der Beschädigungszustand des Bauteils ermittelt. Dies kann im einfachsten Fall durch Augenschein erfolgen. Es ist jedoch, insbesondere zum Auffinden von nicht-sichtbaren Beschädigungen im FKV-Material ratsam, eine zerstörungsfreien Prüfung, vorzugsweise im Rahmen einer Ultraschallanalyse, einer Infrarotthermographie, und/oder einer Shearografie, am Bauteil durchzuführen.First, the damage status of the component is determined. In the simplest case, this can be done by visual inspection. However, it is advisable, particularly to find invisible damage in the FKV material, to carry out a non-destructive test, preferably as part of an ultrasound analysis, infrared thermography and / or shearography, on the component.

B Einfügen eines Lochs durch den Hybridverbundwerkstoff im Umfang des in Schritt A) ermittelten Schadens;B inserting a hole through the hybrid composite to the extent of the damage determined in step A);

Nach der Ermittlung des Umfangs des Schadens erfolgt das Einfügen eines Loches in den Hybridverbundwerkstoff. Dies sollte im Umfang des ermittelten Schadens erfolgen und idealerweise auch die nicht-sichtbaren Beschädigungen im FKV-Material umfassen. Entsprechend groß ist das Loch zu dimensionieren.After determining the extent of the damage, a hole is inserted in the hybrid composite. This should be done in the scope of the damage determined and ideally also include the invisible damage in the FKV material. The hole must be dimensioned accordingly.

Aus statischen Gründen empfiehlt sich ein elliptisches Loch. Bei der Ausgestaltung des Loches kann sich vorteilhaft um ein gestuftes Loch handeln. Das Einfügen des Loches kann beispielsweise derart erfolgen, dass zwischen der Kante des Lochs und dem Faser-Kunststoff-Verbund-Material ein unbeschichteter Freibereich auf der Oberfläche der Metallschicht angeordnet ist, welcher eine radiale Erstreckung zur Kante des Loches von zumindest 5 mm, vorzugsweise zumindest 8 mm, aufweist. Dies dient dem Schutz des FKV-Materials vor Schweißwärme im anschließenden Schritt.An elliptical hole is recommended for structural reasons. The configuration of the hole can advantageously be a stepped hole. The hole can be inserted, for example, in such a way that between the edge of the hole and the fiber-plastic composite material there is an uncoated free area on the surface of the Metal layer is arranged, which has a radial extension to the edge of the hole of at least 5 mm, preferably at least 8 mm. This serves to protect the FKV material from welding heat in the subsequent step.

C Einsetzen eines Metallstücks in das Loch auf Höhe der Metallschicht und stoffschlüssiges Verbinden des Metallstücks mit der Metallschicht.C Inserting a piece of metal into the hole at the level of the metal layer and integrally connecting the piece of metal with the metal layer.

Für den Stoffschluss können viele Varianten, so z.B. auch Metall-Metall-Kleben genutzt werden. Besonders bevorzugt ist allerdings das Schweißen zwischen dem Metallstück und der Metallschicht, wodurch eine sehr stabile Verbindung insbesondere bei umlaufender Schweißnaht geschaffen werden kann.Many variants can be used for the material bond, e.g. metal-metal bonding can also be used. However, welding between the metal piece and the metal layer is particularly preferred, as a result of which a very stable connection can be created, in particular when the weld seam is rotating.

Zugleich ist die Schweißnaht auch ein Indiz für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Vorliegen eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils.At the same time, the weld seam is also an indication of the application of the method according to the invention when a fiber-plastic composite component is present.

D Konturierung des Loches im Anschluss an Schritt B oder C unter Ausbildung einer konischen RandkonturD Contour the hole after step B or C to form a conical edge contour

In einem Folgeschritt kann eine Konturierung des Loches erfolgen. Dies kann auch schon vor dem Einsetzen des Metallstücks erfolgen, sollte es allerdings zu Defekten im FKV-Material aufgrund von Schweißwärme gekommen sein, so kann dieses Material im Rahmen der Konturierung vorteilhaft abgetragen werden.The hole can be contoured in a subsequent step. This can also be done before the metal piece is inserted, but should there be defects in the FKV material due to welding heat, this material can advantageously be removed as part of the contouring.

E Bereitstellen eines mit dem aus Schritt D konturierten Loch korrespondierenden Reparaturflickens im Anschluss an einen der Schritte A-DE Provide a repair patch corresponding to the hole contoured from step D following one of steps A-D

Weiterhin umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines Reparaturflickens welcher mit dem Loch aus Schritt D korrespondiert. Durch die fortschreitende Automatisierung ist es möglich den Umfang der Konturierung des Loches in Schritt D bereits zu planen und entsprechend einen korrespondierenden Reparaturflicken noch vor dem eigentlichen Schritt D oder zeitgleich zur Konturierung in Schritt D herzustellen. Dies spart u.a. Zeit.The method further comprises providing a repair patch which corresponds to the hole from step D. Due to the progressing automation, it is possible to plan the extent of the contouring of the hole in step D and accordingly to produce a corresponding repair patch before the actual step D or at the same time as the contouring in step D. Among other things, this saves Time.

Um die Möglichkeit einer toleranzarmen Reparatur zu ermöglichen und ggf. Materialschäden infolge des Schweißvorgangs bei der Konturierung noch auszugleichen, kann der Reparaturflicken auch erst nach der Konturierung in Schritt D hergestellt werden.In order to enable the possibility of a low-tolerance repair and, if necessary, to compensate for material damage due to the welding process during the contouring, the repair patch can also be produced only after the contouring in step D.

F Einsetzen des Reparaturflickens in das konturierte Loch und stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Reparaturflicken und der Metallschicht, sowie dem Reparaturflicken und dem übrigen Material der Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht und der Metallschicht.F insertion of the repair patch into the contoured hole and integral connection between the repair patch and the metal layer, as well as the repair patch and the remaining material of the fiber-plastic composite material layer and the metal layer.

Die stoffschlüssige Verbindung kann in diesem Fall durch einen Klebstoff erreicht werden oder durch ein randseitiges Anlösen des Materials des Reparaturflickens z.B. durch Besprühen mit Lösungsmittel.The cohesive connection can be achieved in this case with an adhesive or by loosening the material of the repair patch, e.g. by spraying with solvent.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.

Es ist von Vorteil, wenn der Reparaturflicken aus einem duroplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Material ausgebildet ist, sofern die Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht des Hybridverbundwerkstoffs als eine Duroplast-Materialschicht ausgebildet ist.It is advantageous if the repair patch is made of a thermosetting fiber-plastic composite material, provided that the fiber-plastic composite material layer of the hybrid composite material is designed as a thermosetting material layer.

Alternativ kann der Reparaturflicken vorteilhaft aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Material ausgebildet sein, sofern die Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht des Hybridverbundwerkstoffs als eine Thermoplast-Materialschicht ausgebildet ist.Alternatively, the repair patch can advantageously be formed from a thermoplastic fiber-plastic composite material, provided that the fiber-plastic composite material layer of the hybrid composite material is designed as a thermoplastic material layer.

Besonders bevorzugt können der Reparaturflicken und die Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht des Hybridverbundwerkstoffs aus dem selben Material ausgebildet sein.The repair patch and the fiber-plastic composite material layer of the hybrid composite material can particularly preferably be formed from the same material.

Auch das Metallstück und die Metallschicht können vorteilhaft aus einem gleichen Material gefertigt sein.The metal piece and the metal layer can also advantageously be made from the same material.

Die konische Randkontur kann zur Aufnahme von Schubspannungsüberhöhungen und zur Kontaktflächenmaximierung von einen Winkel von 3-8° aufweisen.The conical edge contour can have an angle of 3-8 ° to accommodate shear stress increases and to maximize the contact surface.

Das Bereitstellen des Reparaturflickens kann in einer Vorrichtung mit einem Formwerkzeug, vorzugsweise mit einem einschaligen Formwerkzeug, erfolgen, wobei das Formwerkzeug eine Kontur in der Form des Loches aufweist.The repair patch can be provided in a device with a molding tool, preferably with a single-shell molding tool, the molding tool having a contour in the shape of the hole.

Die Vorrichtung kann eine Abdeckung, insbesondere eine Vakuumabdeckung, zur Abdeckung der Kontur aufweisen. Eine entsprechende Möglichkeit zur Vakuumerzeugung, z.B. eine Vakuumpumpe, in einer Kammer zwischen der Kontur und der Abdeckung kann Teil der Vorrichtung sein.The device can have a cover, in particular a vacuum cover, for covering the contour. A corresponding possibility for vacuum generation, e.g. a vacuum pump in a chamber between the contour and the cover can be part of the device.

Bevorzugt kann die Abdeckung oder das Formwerkzeug einen Anschluss für eine Vakuumleitung, z.B. einer Vakuumpumpe, aufweisen.Preferably, the cover or the mold can have a connection for a vacuum line, e.g. a vacuum pump.

Weiterhin erfindungsgemäß ist die Verwendung des Verfahrens zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils, wobei das Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil, vorzugsweise als Aufprallschutz, im Bereich des Automobilbau, der Luft- und Raumfahrt, von Windenergieanlagen, von Bahnanlagen, von Personentransportfahrzeugen und/oder in der Sportindustrie genutzt wird. Furthermore, the use of the method for repairing a metal-fiber-plastic composite component is in accordance with the invention, the metal-fiber-plastic composite component, preferably as impact protection, in the field of automobile construction, aerospace, wind energy plants, is used by rail systems, passenger transport vehicles and / or in the sports industry.

Besonders bevorzugt kann das Verfahren auf ein montiertes Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil angewandt werden, ohne dass das Bauteil zur Reparatur demontiert werden muss.The method can particularly preferably be applied to an assembled metal-fiber-plastic composite component without the component having to be dismantled for repair.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. A person skilled in the art will expediently also consider the features disclosed in combination in the drawing, the description and the claims in combination and combine them into useful further combinations.

Es zeigen:

  • 1 schematische Darstellung eines Defekts in einem Metall-Faser-Kunststoff- Verbund-Bauteil;
  • 2a, 2b schematische Darstellung eines Zwischenproduktes eines zweiten und dritten Verfahrensschrittes;
  • 3a, 3b schematische Darstellung der Dimensionierung eines Reparaturflickens zur Verwendung in einem weiteren Verfahrensschritt;
  • 4a, 4b Darstellung von Varianten zum Bereitstellen des Reparaturflickens;
  • 5 Darstellung des Verbindens des Reparaturflickens mit einem zu reparierenden Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil und
  • 6 repariertes Faser-Kunststoff-Verbundbauteil.
Show it:
  • 1 schematic representation of a defect in a metal-fiber-plastic composite component;
  • 2a , 2 B schematic representation of an intermediate product of a second and third process step;
  • 3a , 3b schematic representation of the dimensioning of a repair patch for use in a further process step;
  • 4a , 4b Presentation of variants for providing the repair patch;
  • 5 Representation of connecting the repair patch to a fiber-plastic composite component to be repaired and
  • 6 repaired fiber-plastic composite component.

Das nachfolgende Verfahren beschreibt die Wiederherstellung eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils aus einem Hybridverbundwerkstoff. Bevorzugt umfasst der Hybridverbundwerkstoff einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) umfassend zumindest eine Faserverbundmaterialschicht. Weiterhin umfasst der Hybridverbundwerkstoff eine Metallschicht.The following procedure describes the restoration of a metal-fiber-plastic composite component from a hybrid composite material. The hybrid composite material preferably comprises a fiber-plastic composite (FKV) comprising at least one fiber composite material layer. The hybrid composite material further comprises a metal layer.

Der Begriff eines Hybridverbundwerkstoff beschreibt insbesondere eine Metall-Kunststoff-Verbundstruktur die eine flächige stoffschlüssige Verbindung aufweisen. Der Aufbau der Hybridverbundstruktur kann in einer sogenannten Mischbauweise ausgebildet sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann vorzugsweise adhäsiv oder durch Matrixhaftung erreicht werden.The term hybrid composite material describes, in particular, a metal-plastic composite structure which has a flat, cohesive connection. The hybrid composite structure can be constructed in a so-called mixed construction. The integral connection can preferably be achieved by adhesive or by matrix adhesion.

Als Metallschicht können alle schweißbaren Metalle eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind dabei Stahl und/oder Aluminium. Diese können in Form von Metallblechen vorgesehen sein. Die bevorzugte Schichtdicke der Metallschicht kann bevorzugt zwischen 0,3 mm bis 2 mm betragen.All weldable metals can be used as the metal layer. Steel and / or aluminum are particularly preferred. These can be provided in the form of metal sheets. The preferred layer thickness of the metal layer can preferably be between 0.3 mm to 2 mm.

Das Faserkunststoffverbundmaterial (FKV) umfasst Fasern, welche in einer Kunststoffmatrix eingebettet und/oder mit dieser Kunststoffmatrix getränkt sind. The fiber plastic composite material (FKV) comprises fibers which are embedded in a plastic matrix and / or are impregnated with this plastic matrix.

Die FKV-Materialschicht kann mehrlagig aufgebaut sein. Die FKV-Materialschicht weist dabei eine bevorzugte Schichtdicke zwischen 1,5 mm bis 6,0 mm auf.The FKV material layer can be constructed in several layers. The FKV material layer has a preferred layer thickness between 1.5 mm and 6.0 mm.

Als Fasern können bevorzugt Glasfasern, Aramidfasern und/oder Carbonfasern eingesetzt werden. Andere Fasermaterialien sind allerdings ebenfalls möglich. Die bevorzugte mittlere Faserlänge beträgt zumindest 5 mm.Glass fibers, aramid fibers and / or carbon fibers can preferably be used as fibers. However, other fiber materials are also possible. The preferred average fiber length is at least 5 mm.

Für Kurzfasern können bevorzugt längen on zumindest 5 mm eingesetzt werden. Es können jedoch auch unidirektionale Fasern eingesetzt werden, einschließlich unidirektionale Endlosfasern.For short fibers, lengths of at least 5 mm can preferably be used. However, unidirectional fibers can also be used, including unidirectional continuous fibers.

Die Kunststoffmatrix umfasst thermoplastische und duroplastische Kunststoffe, wie z.B. Polypropylen, Polyphenylen sulfid (PPS), Polyether ether keton (PEEK), Cyanat-Ester, polyimide Polyamid und/oder Epoxidmaterialien.The plastic matrix comprises thermoplastic and thermosetting plastics, e.g. Polypropylene, polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), cyanate ester, polyimide polyamide and / or epoxy materials.

Die vorbeschriebenen Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile, insbesondere umfassend zumindest eine FKV-Materialschicht und eine Metallschicht weisen sind heterogen aufgebaut und weisen anisotrope Eigenschaften auf.The metal-fiber-plastic composite components described above, in particular comprising at least one FKV material layer and one metal layer, are of heterogeneous construction and have anisotropic properties.

Typische Anwendungsbereiche für die vorbeschriebenen Bauteile sind beispielsweise der Automobilbau, die Luft- und Raumfahrt, Windenergieanlagen, Bahnanlagen und/oder die Sportindustrie. Insbesondere in Anwendungen der Elektromobilität kommen die vorgenannten Bauteile als Leichtbauhybridverbundmaterialien zum Einsatz.Typical areas of application for the above-described components are, for example, automobile construction, aerospace, wind energy plants, railway systems and / or the sports industry. The above-mentioned components are used as lightweight hybrid composite materials, in particular in electromobility applications.

Ein besonders bevorzugter Anwendungsbereich innerhalb der vorgenannten Anwendungsgebiete ist der Aufprallschutz, z.B. bei Anwendungen wie Stossstangen oder dergleichen.A particularly preferred area of application within the aforementioned areas of application is impact protection, e.g. in applications such as bumpers or the like.

Im Schadensfall, z.B. bei Schlägen oder Stößen gegen das Material, weisen Metall-Faser-Kunststoff-Verbund Bauteile Defekte auf, welche nicht mit bloßem Auge sichtbar sind. Derartige Defekte können Matrixrisse, Ablösen zwischen den Verbundmaterialien, Delaminierungen zwischen der FKV-Materialschicht und der Metallschicht oder Faserbrüche innerhalb der FKV-Materialschicht auf.In the event of damage, for example in the event of impacts or impacts on the material, metal-fiber-plastic composite components have defects which are not included are visible to the naked eye. Such defects can include matrix cracks, detachment between the composite materials, delamination between the FKV material layer and the metal layer or fiber breaks within the FKV material layer.

Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es eine Wiederherstellung des Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils zu erreichen.The aim of the method according to the invention is to restore the metal-fiber-plastic composite component.

Zur Detektion dieser Defekte kann in einem ersten Schritt A des Verfahrens eine Ermittlung des Schadensumfangs durch eine zerstörungsfreie Prüfung erfolgen. Zur zerstörungsfreien Prüfung kann vorzugsweise eine Ultraschallanalyse, Infrarotthermographie, und/oder Shearografie eingesetzt werden. Dabei können Schadensbilder hinsichtlich des Umfangs des Defekts erzeugt werden.To detect these defects, the extent of damage can be determined in a first step A of the method by means of a non-destructive test. Ultrasound analysis, infrared thermography and / or shearography can preferably be used for non-destructive testing. Damage patterns can be generated with regard to the scope of the defect.

1 zeigt einen typischen Defekt in einem plattenförmigen Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil 1. Das Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil weist, wie zuvor beschrieben, eine Metallschicht 2 und zumindest eine FKV-Materialschicht 3 auf. Das in 1 ausschnittsweise dargestellte Bauteil erstreckt sich in X- Y- und Z-Richtung, wobei die X-Richtung eine Breite definiert, die Y-Richtung eine Länge definiert und die Z-Richtung eine Tiefe definiert. Die Tiefe entspricht dabei der Stapelrichtung der Materialschichten 2 und 3. 1 shows a typical defect in a plate-shaped metal-fiber-plastic composite component 1 . As previously described, the metal-fiber-plastic composite component has a metal layer 2nd and at least one FKV material layer 3rd on. This in 1 Component shown in detail extends in the X, Y and Z directions, the X direction defining a width, the Y direction defining a length and the Z direction defining a depth. The depth corresponds to the stacking direction of the material layers 2nd and 3rd .

Die Beschädigung der Metallschicht 2 erstreckt sich als sichtbare Beschädigung z.B. als Umformung, in Y-Richtung 2a und in X-Richtung 2b.Damage to the metal layer 2nd extends as visible damage, eg as a deformation, in the Y direction 2a and in the X direction 2 B .

Die Beschädigung des der FKV-Materialschicht 3 erstreckt sich als sichtbare Beschädigung in Y-Richtung um 2a' und in X-Richtung um 2b'.Damage to the FKV material layer 3rd extends as visible damage in the Y direction 2a ' and in the X direction 2 B' .

Wie aus 1 erkennbar, ist die Erstreckung 2a' und 2b' der sichtbaren Beschädigung des FKV-Materials ist dabei geringer als die Erstreckung der sichtbaren Beschädigung 2a und 2b der Metallschicht. Allerdings kann es auch vorkommen dass die Erstreckung 2a' und 2b' der sichtbaren Beschädigung des FKV-Materials größer ist als die Erstreckung der sichtbaren Beschädigung 2a und 2b der Metallschicht.How out 1 the extension is recognizable 2a ' and 2 B' The visible damage to the FKV material is less than the extent of the visible damage 2a and 2 B the metal layer. However, it can also happen that the extension 2a ' and 2 B' the visible damage to the FKV material is greater than the extent of the visible damage 2a and 2 B the metal layer.

Die Differenz Δa' und Δb' der vorgenannten Erstreckungen in X- und Y-Richtungen sind in 1 nicht-sichtbare innere Beschädigungen zwischen der FKV-Materialschicht 3 und der Metallschicht 2.The difference Δa ' and Δb ' the aforementioned extensions in the X and Y directions are in 1 invisible internal damage between the FKV material layer 3rd and the metal layer 2nd .

Nach der Ermittlung des Schadensumfangs in Schritt A, einschließlich der nicht-sichtbaren Beschädigungen, kann in Schritt B ein Loch 4 in das Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil gebohrt werden. Das Loch kann vorzugsweise elliptisch ausgebildet sein.After determining the extent of damage in step A, including the invisible damage, a hole can be made in step B. 4th be drilled into the metal-fiber-plastic composite component. The hole can preferably be elliptical.

Das Loch kann, wie in 2 bei einem Defekt mit 2a>2a', 2b>2b' und 2a> 2b dargestellt, mit einem Hauptachsenmaß 2a und einem Nebenachsenmaß 2b in das Hybridmaterial gebohrt werden.The hole can, as in 2nd shown with a defect with 2a> 2a ', 2b>2b' and 2a> 2b, with a major axis dimension 2a and a minor axis dimension 2 B be drilled into the hybrid material.

Das Hauptachsenmaß entspricht dabei der Erstreckung 2a der sichtbaren Beschädigung der Metallschicht 2 in Y-Richtung bzw. der Summe aus Erstreckung der sichtbaren Beschichtung 2a' und der nicht-sichtbaren Beschädigung Δa' der FKV-Materialschicht 3 in Y-Richtung.The main axis dimension corresponds to the extension 2a visible damage to the metal layer 2nd in the Y direction or the sum of the extent of the visible coating 2a ' and the invisible damage Δa ' the FKV material layer 3rd in the Y direction.

Die X-Achsen Dimensionierung des Loches kann bevorzugt die Länge von 2b aufweisen, wenn 2b>2b' oder umgekehrt. Die Y-Achsen Dimensionierung kann bevorzugt die Länge 2a aufweisen, wenn 2a>2a' oder umgekehrt. Wenn die X-Achsenlänge größer ist als die Y-Achsenlänge, dann liegt die Hauptachse des elliptischen Lochs in der X-Achse oder umgekehrt.The X-axis dimensioning of the hole can preferably have the length of 2b if 2b> 2b 'or vice versa. The Y-axis dimensioning can preferably be the length 2a if 2a> 2a 'or vice versa. If the x-axis length is greater than the y-axis length, then the major axis of the elliptical hole lies in the x-axis or vice versa.

Die Dimensionierung des Loches richtet sich jedoch immer nach dem Ausmaß der sichtbaren der Metallschicht, der FKV-Materialschicht und den nicht sichtbaren Beschädigungen der FKV-Materialschicht.However, the dimensioning of the hole always depends on the extent of the visible metal layer, the FKV material layer and the invisible damage to the FKV material layer.

Wenn 2a' + Δa' > 2a ist, so muss die in Schritt A die ermittelte nicht-sichtbaren Beschädigung des das Loch umgebenden FKV-Materials vollständig entfernt werden. Zudem sollte das FKV-Material idealerweise bis auf zumindest 5 mm, bevorzugt zumindest 8 mm vom Loch entfernt werden. Gleiches gilt für den Fall dass 2a' + Δa' < 2a. Auch hier sollte der Abstand zumindest 5 mm, vorzugsweise 8 mm betragen.If 2a '+ Δa'> 2a, the non-visible damage of the FKV material surrounding the hole determined in step A must be completely removed. In addition, the FKV material should ideally be removed from the hole up to at least 5 mm, preferably at least 8 mm. The same applies to the case that 2a '+ Δa' <2a. Here, too, the distance should be at least 5 mm, preferably 8 mm.

Gleiches gilt für Dimensionierung des Bohrlochs in der Nebenachsenrichtung.The same applies to dimensioning the borehole in the minor axis direction.

Ein neues unbeschädigtes Metallstück 5 kann sodann in einem Schritt C auf die Maße des Loches 4, insbesondere des elliptischen Loches, ausgeformt werden. Dies kann beispielsweise durch Zuschnitt oder durch Stanzen erfolgen.A new undamaged piece of metal 5 can then in a step C to the dimensions of the hole 4th , in particular the elliptical hole. This can be done, for example, by cutting or punching.

Vorzugsweise entspricht das neue Metallstück dem Material der verbleibenden Metallschicht 2 mit dem Loch 4. So kann für das neue Metallstück vorzugsweise dieselbe Stahlsorte wie für die Metallschicht 2 genutzt werdenThe new metal piece preferably corresponds to the material of the remaining metal layer 2nd with the hole 4th . For the new metal piece, the same type of steel can preferably be used as for the metal layer 2nd be used

Auch die Schichtdicke, insbesondere die Blechdicke, des Metallstücks 5 entspricht der Schichtdicke bzw. Blechdicke der Metallschicht 2.The layer thickness, in particular the sheet thickness, of the metal piece 5 corresponds to the layer thickness or sheet thickness of the metal layer 2nd .

Das Metallstück 5 wird innerhalb des Loches 4 positioniert und kann durch Schweißen unter Ausbildung einer Schweißnaht 6 stoffschlüssig mit der Metallschicht 2 verbunden werden. Das Schweißen ist dabei von der unbeschichteten Seite 7 der Metallschicht 2 auszuführen.The piece of metal 5 will be inside the hole 4th positioned and can be welded to form a weld 6 cohesive with the metal layer 2nd get connected. The welding is from the uncoated side 7 the metal layer 2nd to execute.

In einem Schritt D erfolgt sodann die Vorbereitung des Loches 4 auf den Einsatz eines FKV-Reparaturflickens 8. Das vorbereitete Loch 4 und der Reparaturflicken 8 sind u.a. in 5 dargestellt. Die Dimensionierung des Reparaturflickens 8 ist zudem in 3a und 3b dargestellt.In step D, the hole is then prepared 4th on the use of a FKV repair patch 8th . The prepared hole 4th and the repair patch 8th are among others in 5 shown. The dimensioning of the repair patch 8th is also in 3a and 3b shown.

Hierfür wird das Loch 4 mit einer sich in Z-Richtung erstreckenden, vorzugsweise umlaufenden, konischen Randkontur 9 versehen. Der Querschnitt des Lochrandes wird somit ausgehend von der Schnittstelle 10 mit der Metallschicht 3 zur unbeschichteten Seite der FKV-Materialschicht hin größer. Der Winkel α der konischen Randkontur 9 ausgehend von der Schnittstelle 10 beträgt vorzugsweise 3-8°. Die konische Randkontur 9 dient dem Ausgleich von Schubspannungsüberhöhungen und zur Kontaktflächenmaximierung.For this the hole 4th with a preferably circumferential, conical edge contour extending in the Z direction 9 Mistake. The cross-section of the edge of the hole is thus based on the interface 10th with the metal layer 3rd larger towards the uncoated side of the FKV material layer. The angle α the conical edge contour 9 starting from the interface 10th is preferably 3-8 °. The conical edge contour 9 serves to compensate for shear stress increases and to maximize contact area.

Die Last wird somit auf die Ebene übertragen und somit nicht oder nur in geringem Umfang auf die Fasern.The load is thus transferred to the plane and therefore not or only to a small extent to the fibers.

Der in das Loch 4 einzusetzende Reparaturflicken 8 weist eine zum Loch 4 korrespondierende konische Randkontur 11 auf.The one in the hole 4th repair patches to be used 8th points one to the hole 4th corresponding conical edge contour 11 on.

Das Bereitstellen des Reparaturflickens in einem Schritt E kann beispielsweise durch das Erstellen eines Formwerkzeugs, insbesondere eines einschaligen Formwerkzeugs, erfolgen. Optional kann die Kontur des konischen Loches 4 eingescannt werden. Allerdings kann die Dimension des Lochs aufgrund der vorhergehenden Fertigungsschritte auch schon bekannt sein.The repair patch can be made available in a step E, for example, by creating a molding tool, in particular a single-shell molding tool. Optionally, the contour of the conical hole 4th be scanned. However, the dimension of the hole may already be known due to the previous manufacturing steps.

Das Formwerkzeug kann sodann durch ein generatives Fertigungsverfahren, z.B. 3D-Druck, hergestellt werden.The molding tool can then be made by a generative manufacturing process, e.g. 3D printing.

Alternativ besteht die Möglichkeit die Kontur des Lochs in ein Formwerkzeug, z.B. in eine Platte, hineinzuschneiden. Dies kann z.B. mittels eines Lasers erfolgen.Alternatively there is the possibility of contouring the hole in a molding tool, e.g. cut into a plate. This can e.g. by means of a laser.

Auch weitere Varianten zur Fertigung eines Formwerkzeugs sind geeignet.Other variants for manufacturing a mold are also suitable.

Das Formwerkzeug 12 kann mit einem Formtrennmittel behandelt sein, um ein Anhaften des Reparaturflickens zu verhindern und um ein sicheres Entformen sicherzustellen.The mold 12 can be treated with a mold release agent to prevent the repair patch from sticking and to ensure safe removal from the mold.

In 4a und 4b sind zwei Varianten zur Herstellung des Reparaturflickens 8 in Schritt E innerhalb einer Vorrichtung 20, 30 umfassend das Formwerkzeug 12 dargestellt.In 4a and 4b are two ways to make the repair patch 8th in step E within a device 20th , 30th comprising the mold 12 shown.

Ein Faser-Kunststoff-Halbzeug 13 umfassend mit Kunststoffharz vorimprägnierte Fasern, auch „prepreg“ genannt, wird dabei in das Formwerkzeug 12 eingefügt, welches eine Kontur 14 analog zum Loch 4 aufweist.A semi-finished fiber-plastic product 13 fibers pre-impregnated with plastic resin, also called "prepreg", are inserted into the mold 12 inserted which is a contour 14 analogous to the hole 4th having.

Der Kunststoffharz des Halbzeugs 13 kann dabei noch polymerisieren und sich dadurch mit den Fasern zu einem Verbundmaterial verbinden.The plastic resin of the semi-finished product 13 can still polymerize and thereby combine with the fibers to form a composite material.

Die Vorrichtung 20 in 4a weist zudem eine Abdeckung 15 z,B., in Form einer Vakuumhaube oder Vakuumfolie, auf, welche mediendicht über der Kontur 14 des Formwerkzeugs 12 unter Ausbildung einer Vakuumkammer 18 angeordnet ist.The device 20th in 4a also has a cover 15 e.g., in the form of a vacuum hood or vacuum film, which is media-tight over the contour 14 of the mold 12 forming a vacuum chamber 18th is arranged.

Hierfür ist randseitig um die Kontur 14 herum eine Dichtung 16, z.B. in Form einer Dichtmasse, angeordnet.For this, the edge is around the contour 14 a seal around 16 , for example in the form of a sealing compound.

Weiterhin weist die Abdeckung 15 eine Infusionsöffnung 17 zur Harzinfusion in die Vakuumkammer 18 auf und eine Vakuumpumpe 19 zum Absaugen von Luft aus der Vakuumkammer 18.Furthermore, the cover 15 an infusion port 17th for resin infusion into the vacuum chamber 18th on and a vacuum pump 19th for extracting air from the vacuum chamber 18th .

Ein Aufreißgewebe 21 ist innerhalb der Vakuumkammer 18 angeordnet. Sie dient zur Erzeugung einer glatten Oberfläche der FKV-Schicht nach der Reparatur. Dadurch benötigt die reparierte Oberfläche keine weitere Nachbearbeitung nachdem die Aufreißfolie entfernt wurde. Weiterhin ist innerhalb der Vakuumkammer 18 ein Lochgewebe 22 angeordnet. Diese dient als Fließhilfe und ermöglicht eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des Kunststoffs.A tear-open fabric 21st is inside the vacuum chamber 18th arranged. It serves to create a smooth surface of the FKV layer after the repair. As a result, the repaired surface does not require any further post-processing after the tear film has been removed. Furthermore is inside the vacuum chamber 18th a perforated fabric 22 arranged. This serves as a flow aid and enables the flow rate of the plastic to be increased.

Die in 4a dargestellte Vorrichtung 20 ermöglicht insbesondere die Ausbildung eines duroplastischen Reparaturflickens 8. Das eingesetzte Harz ist dabei ein duroplastisches Polymer mit weiteren Härtungsmitteln vermischt und durch die Infusionsöffnung 17 in die Vorrichtung 20 eingespritzt werden kann. Dabei vernetzen sich die Moleküle und formen einen festen, definiert vorgeformten Reparaturflicken. Das Aushärten kann entweder bei Raumtemperatur oder in einem Ofen erfolgen.In the 4a shown device 20th enables in particular the formation of a thermoset repair patch 8th . The resin used is a thermosetting polymer mixed with other curing agents and through the infusion opening 17th into the device 20th can be injected. The molecules crosslink and form a fixed, preformed repair patch. Curing can be done either at room temperature or in an oven.

Die Vorrichtung 30 in 4b ermöglicht das Bereitstellen eines thermoplastischen Reparaturflickens 8. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit duroplastische Reparaturflicken je nach Ausgestaltung des Halbzeugs 33 zu realisieren.The device 30th in 4b enables the provision of a thermoplastic repair patch 8th . However, there is also the possibility of thermoset repair patches depending on the design of the semi-finished product 33 to realize.

Nach der Positionierung des Halbzeugs 33 in der Kontur 35 des Formwerkzeugs 34 wird dieses mit einer Abdeckung 31, vorzugsweise unter Ausbildung einer Kammer 32, versehen. Auch hier kann die Abdeckung 31 mit randseitigem Dichtelement 36 optional als Vakuumhaube ausgebildet sein. Eine Reparatur unter Vakuum ist bei dieser Variante allerdings lediglich eine Option.After positioning the semi-finished product 33 in the contour 35 of the mold 34 is this with a cover 31 , preferably with the formation of a chamber 32 , Mistake. Again, the cover 31 with sealing element on the edge 36 optionally be designed as a vacuum hood. Repairing under vacuum is only an option with this variant.

Eine anschließende thermische Behandlung kann in einem Ofen erfolgen. Dabei härtet der Harz des Halbzeugs aus und nimmt die Form der Kontur 34 an. A subsequent thermal treatment can be carried out in an oven. The resin of the semi-finished product hardens and takes the shape of the contour 34 at.

In einem Schritt F erfolgt sodann die Anordnung des Reparaturflickens 33 innerhalb des konischen Loches.In a step F, the repair patch is then arranged 33 inside the conical hole.

Bei einer zu reparierenden FKV-Materialschicht auf Basis eines duroplastischen Materials sollte der Reparaturflicken ebenfalls aus einem duroplastischen Material bestehen.In the case of a FKV material layer to be repaired based on a thermosetting material, the repair patch should also consist of a thermosetting material.

Analog sollte bei einer zu reparierenden FKV-Materialschicht auf Basis eines thermoplastischen Materials der Reparaturflicken ebenfalls aus einem thermoplastischen Material bestehen.Similarly, in the case of a FKV material layer to be repaired based on a thermoplastic material, the repair patch should also consist of a thermoplastic material.

Bei FKV-Materialschichten mit bekannter Zusammensetzung sollte als Material des Reparaturflickens bevorzugt das gleiche Material eingesetzt werden oder alternativ ein Reparaturflicken mit höherer Festigkeit und Steifheit zum Einsatz kommen.In the case of FKV material layers with a known composition, the same material should preferably be used as the repair patch material or, alternatively, a repair patch with higher strength and rigidity should be used.

Schließlich kann der bereitgestellte Reparaturflicken 8 mit der restlichen FKV-Materialschicht 2 verbunden werden. Dies kann beispielsweise bei Raumtemperatur unter Einsatz eines Konstruktionsklebers 23 erfolgen.Finally, the repair patch provided 8th with the remaining FKV material layer 2nd get connected. This can be done, for example, at room temperature using a construction adhesive 23 respectively.

Das vorbeschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei der Wiederherstellung bzw. Reparatur das Gewicht des Bauteils nicht unverhältnismäßig stark zunimmt und eine dauerhafte Festigkeit des reparierten Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils gewährleistet ist.The above-described method is characterized in particular by the fact that the weight of the component does not increase disproportionately strongly during the restoration or repair and that the repaired metal-fiber-plastic composite component is guaranteed to be permanent.

Das Verfahren ermöglicht es die Festigkeit des Bauteils bei gleichzeitiger Gewährleistung der strukturellen Sicherheit über einen langen Zeitraum herzustellen. Die Nutzungsdauer des entsprechenden Bauteils wird insgesamt verlängert.The process enables the strength of the component to be produced while at the same time ensuring structural security over a long period. The useful life of the corresponding component is extended overall.

Das Verfahren ermöglicht es zudem fest-verbaute Bauteile ohne deren Demontage zu reparieren, sofern die Metallschicht und die FKV-Materialschicht zur Bearbeitung zugänglich sind.The process also enables fixed components to be repaired without disassembly, provided the metal layer and the FKV material layer are accessible for processing.

Gegenüber bisher bekannten Reparaturmethoden in diesem Anwendungsbereich weist das reparierte Bauteil verbesserte mechanische Eigenschaften auf.Compared to previously known repair methods in this area of application, the repaired component has improved mechanical properties.

Schließlich ermöglicht das vorgenannte erfindungsgemäße Verfahren eine Reduzierung an Müll von Bauteilen in Mischbauweise mit FKV-Materialien und Metallen und somit eine Schonung von Ressourcen. Somit leistet das Verfahren einen Beitrag zum Schutz der Umwelt.Finally, the aforementioned method according to the invention enables a reduction in waste of components in mixed construction with FKV materials and metals and thus a conservation of resources. The process thus contributes to protecting the environment.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilMetal-fiber-plastic composite component
22nd
MetallschichtMetal layer
33rd
FKV-MaterialschichtFKV material layer
44th
Lochhole
55
MetallstückPiece of metal
66
SchweißnahtWeld
77
Unbeschichtete SeiteUncoated side
88th
FKV-ReparaturflickenFKV repair patch
99
Konische RandkonturConical edge contour
1010th
Schnittstelleinterface
1111
Konische RandkonturConical edge contour
1212
FormwerkzeugMolding tool
1313
FKV-HalbzeugFKV semi-finished products
1414
Konturcontour
1515
Abdeckungcover
1616
Dichtungpoetry
1717th
InfusionsöffnungInfusion port
1818th
VakuumkammerVacuum chamber
1919th
VakuumpumpeVacuum pump
2020th
Vorrichtungcontraption
2121st
AufreißgewebeTear-off fabric
2222
Lochgewebe / FließhilfePerforated fabric / flow aid
2323
KonstruktionskleberConstruction adhesive
3030th
Vorrichtungcontraption
3131
Abdeckungcover
3232
Kammerchamber
3333
FKV-HalbzeugFKV semi-finished products
3434
FormwerkzeugMolding tool
3535
Konturcontour
3636
Dichtelement Sealing element
2a2a
Erstreckung sichtbare Beschädigung in Metallschicht in Y-RichtungExtension visible damage in the metal layer in the Y direction
2a'2a '
Erstreckung sichtbare Beschädigung in FKV-schicht in Y-RichtungExtension visible damage in the FKV layer in the Y direction
2b2 B
Erstreckung sichtbare Beschädigung in Metallschicht in X-RichtungExtension visible damage in the metal layer in the X direction
2b'2 B'
Erstreckung sichtbare Beschädigung in FKV-Schicht in X-Richtung Extension visible damage in the FKV layer in the X direction
Δa'Δa '
Erstreckung nicht-sichtbare Beschädigung in FKV-schicht in Y-RichtungExtension of invisible damage in the FKV layer in the Y direction
Δb' Δb '
Erstreckung nicht-sichtbare Beschädigung in FKV-schicht in X-RichtungExtension of invisible damage in the FKV layer in the X direction
αα
Winkel der konischen Randkontur 9 Angle of the conical edge contour 9

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Verfahren zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (1) mit einem Hybridverbundwerkstoff, umfassend zumindest eine Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3) und eine damit verbundene Metallschicht (2) wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist A Ermittlung des Schadensumfangs; B Einfügen eines Lochs (4) durch den Hybridverbundwerkstoff im Umfang des in Schritt A) ermittelten Schadens; C Einsetzen eines Metallstücks (5) in das Loch (4) auf Höhe der Metallschicht (2) und stoffschlüssiges Verbinden des Metallstücks (5) mit der Metallschicht (2); D Konturierung des Loches (4) im Anschluss an Schritt B oder C unter Ausbildung einer konischen Randkontur (9) E Bereitstellen eines mit dem konturierten Loch (4) aus Schritt D korrespondierenden Reparaturflickens (8) im Anschluss an einen der Schritte A-D und F Einsetzen des Reparaturflickens (8) in das konturierte Loch (4) und stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Reparaturflicken (8) und der Metallschicht (2), sowie dem Reparaturflicken (8) und dem übrigen Material der Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3).Method for repairing a metal-fiber-plastic composite component (1) with a hybrid composite material, comprising at least one fiber-plastic composite material layer (3) and an associated metal layer (2), the method comprising at least the following steps A determination of the extent of damage; B inserting a hole (4) through the hybrid composite to the extent of the damage determined in step A); C inserting a metal piece (5) into the hole (4) at the level of the metal layer (2) and integrally connecting the metal piece (5) with the metal layer (2); D contouring the hole (4) following step B or C to form a conical edge contour (9) E Provide a repair patch (8) corresponding to the contoured hole (4) from step D following one of the steps A-D and F insertion of the repair patch (8) into the contoured hole (4) and integral connection between the repair patch (8) and the metal layer (2), as well as the repair patch (8) and the remaining material of the fiber-plastic composite material layer (3 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reparaturflicken (8) aus einem duroplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Material ausgebildet ist, sofern die Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3) des Hybridverbundwerkstoffs als eine Duroplast-Materialschicht ausgebildet ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the repair patch (8) is made of a thermosetting fiber-plastic composite material, provided that the fiber-plastic composite material layer (3) of the hybrid composite material is designed as a thermosetting material layer. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reparaturflicken (8) aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Material ausgebildet ist, sofern die Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3) des Hybridverbundwerkstoffs als eine Thermoplast-Materialschicht ausgebildet ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the repair patch (8) is formed from a thermoplastic fiber-plastic composite material, provided that the fiber-plastic composite material layer (3) of the hybrid composite material is designed as a thermoplastic material layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reparaturflicken (8) und die Faser-Kunststoff-Verbund-Materialschicht (3) des Hybridverbundwerkstoffs aus dem selben Material ausgebildet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the repair patch (8) and the fiber-plastic composite material layer (3) of the hybrid composite material are formed from the same material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallstück (5) und die Metallschicht (2) aus einem gleichen Material gefertigt sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal piece (5) and the metal layer (2) are made of the same material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Schadensumfangs gemäß Schritt A im Rahmen einer zerstörungsfreien Prüfung, vorzugsweise im Rahmen einer Ultraschallanalyse, einer Infrarotthermographie, und/oder einer Shearografie, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the extent of damage is determined according to step A in the context of a non-destructive test, preferably in the context of an ultrasound analysis, infrared thermography and / or shearography. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B eingefügte Loch (4) als elliptisches Loch ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hole (4) inserted in step B is designed as an elliptical hole. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfügen des Loches (4) derart erfolgt, dass zwischen der Kante des Lochs (4) und dem Faser-Kunststoff-Verbund-Material ein unbeschichteter Freibereich (b') auf der Oberfläche der Metallschicht (2) angeordnet ist, welcher eine radiale Erstreckung zur Kante des Loches (4) von zumindest 5 mm, vorzugsweise zumindest 8 mm, aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the insertion of the hole (4) takes place in such a way that an uncoated free area (b ') on the surface of the. Between the edge of the hole (4) and the fiber-plastic composite material Metal layer (2) is arranged, which has a radial extension to the edge of the hole (4) of at least 5 mm, preferably at least 8 mm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsetzen des Metallstück (5) gemäß Schritt C durch Verschweißen mit der Metallschicht (2) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the insertion of the metal piece (5) according to step C is carried out by welding to the metal layer (2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Randkontur (9) einen Winkel von 3-8° aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the conical edge contour (9) has an angle of 3-8 °. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des Reparaturflickens (8) in einer Vorrichtung (20, 30) mit einem Formwerkzeug (12, 34), vorzugsweise einem einschaligen Formwerkzeug, erfolgt, wobei das Formwerkzeug (12, 34) eine Kontur (14, 35) in der Form des Loches (4) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the repair patch (8) is provided in a device (20, 30) with a molding tool (12, 34), preferably a single-shell molding tool, the molding tool (12, 34) has a contour (14, 35) in the form of the hole (4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 30) eine Abdeckung (15, 31), insbesondere eine Vakuumabdeckung, zur Abdeckung der Kontur (14, 35) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the device (20, 30) has a cover (15, 31), in particular a vacuum cover, for covering the contour (14, 35). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturierung des Loches (4) gemäß Schritt D nach dem nach Einsetzen des Metallstückes (5) in Schritt C erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the contouring of the hole (4) according to step D takes place after the insertion of the metal piece (5) in step C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des Reparaturflicken (8) nach Ausbildung des Loches (4) in Schritt D erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the repair patch (8) is provided after the hole (4) has been formed in step D. Verwendung des Verfahrens zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (1), wobei das Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (1), vorzugsweise als Aufprallschutz, im Bereich des Automobilbau, der Luft- und Raumfahrt, von Windenergieanlagen, von Bahnanlagen, von Personentransportfahrzeugen und/oder in der Sportindustrie genutzt wird.Use of the method for repairing a metal-fiber-plastic composite component (1), the metal-fiber-plastic composite component (1), preferably as an impact protection, in the field of automotive engineering, aerospace Wind turbines, railway systems, of Passenger vehicles and / or used in the sports industry.
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