DE102020111497A1 - Method and device for pretreating a joining contact surface of a laminated fiber-plastic composite component - Google Patents

Method and device for pretreating a joining contact surface of a laminated fiber-plastic composite component Download PDF

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Stefan Jarka
Manuel Endraß
Lars-Chistian Larsen
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor

Abstract

Verfahren zum Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche (204) eines laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (206), um das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (206) nachfolgend mit einem weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil stoffschlüssig zu verbinden, wobei das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (206) ein Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern aufweist und die Fügekontaktfläche (204) durch Aufbringen eines mit dem Matrixmaterial kompatiblen Füllwerkstoffs (212) planiert wird, und Vorrichtung (202) zum Ausführen eines derartigen Verfahrens, wobei die Vorrichtung (202) ein Plastifiziermodul (210) zum Plastifizieren und/oder ein Formmodul (214) zum geformten Aufbringen des Füllwerkstoffs (212) aufweist.Method for pretreating a joining contact surface (204) of a laminated fiber-plastic composite component (206) in order to subsequently materially connect the fiber-plastic composite component (206) to another fiber-plastic composite component, the Fiber-plastic composite component (206) has a matrix material and reinforcing fibers embedded in the matrix material and the joining contact surface (204) is leveled by applying a filler material (212) compatible with the matrix material, and device (202) for carrying out such a method, wherein the device (202) has a plasticizing module (210) for plasticizing and / or a molding module (214) for the molded application of the filler material (212).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche eines laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils, um das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil nachfolgend mit einem weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil stoffschlüssig zu verbinden, wobei das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil ein Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for pretreating a joining contact surface of a laminated fiber-plastic composite component in order to subsequently materially connect the fiber-plastic composite component to another fiber-plastic composite component, the fiber-plastic composite Component has a matrix material and reinforcing fibers embedded in the matrix material. The invention also relates to a device for carrying out such a method.

Das Dokument DE 10 2009 047 671 A1 beschreibt, dass Verbundlaminate anfällig für Schäden sind, die in einer Ebene entstehen, wie zum Beispiel Delamination, und gibt ein verbessertes Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils an ein Strukturbauteil an mit den Schritten: Bereitstellen einer Metallfolie als Querverstärkungselement zwischen dem Faserverbundbauteil und dem Strukturbauteil; Ausbilden der Metallfolie mit mindestens einem Verankerungsabschnitt, welcher von der dem Faserverbundbauteil zugewandten Oberfläche vorsteht; und Einfügen der Metallfolie zwischen das Faserverbundbauteil und dem Strukturbauteil.The document DE 10 2009 047 671 A1 describes that composite laminates are susceptible to damage that occurs in one plane, such as delamination, and specifies an improved method for connecting a fiber composite component to a structural component with the following steps: providing a metal foil as a transverse reinforcement element between the fiber composite component and the structural component; Forming the metal foil with at least one anchoring section which protrudes from the surface facing the fiber composite component; and inserting the metal foil between the fiber composite component and the structural component.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern.The invention is based on the object of improving a method mentioned at the beginning. In addition, the invention is based on the object of structurally and / or functionally improving a device mentioned at the beginning.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved with a method with the features of claim 1. In addition, the object is achieved with a device with the features of claim 10. Advantageous embodiments and / or developments are the subject matter of the subclaims.

Das laminierte Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil kann ein Fahrzeugbauteil sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder Raumfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder Flugzeug sein.The laminated fiber-plastic composite component can be a vehicle component. The vehicle can be a land vehicle, watercraft, aircraft, or spacecraft. The vehicle can be a motor vehicle or an airplane.

Das laminierte Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil kann eine Fügekontaktfläche oder mehrere Fügekontaktflächen aufweisen. Die Fügekontaktfläche des laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils kann eben sein. Die Fügekontaktfläche des laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils kann einfach oder mehrfach gekrümmt sein.The laminated fiber-plastic composite component can have a joining contact area or several joining contact areas. The joining contact surface of the laminated fiber-plastic composite component can be flat. The joining contact surface of the laminated fiber-plastic composite component can be curved once or several times.

Das Matrixmaterial kann einen thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Das Matrixmaterial kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen. Die Verstärkungsfasern können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Polymethylmethacrylat-Fasern und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Verstärkungsfasern können als Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Nähgewirke vorliegen. Die Verstärkungsfasern können als Textilie vorliegen. Das Verstärkungsfasern können einlagig oder mehrlagig vorliegen.The matrix material can comprise a thermoplastic plastic. The matrix material can comprise polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE). The reinforcing fibers can include organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, polymethyl methacrylate fibers and / or inorganic fibers such as basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers. The reinforcing fibers can be in the form of woven, knitted, knitted, braided or sewn-knitted fabrics. The reinforcing fibers can be in the form of a textile. The reinforcing fibers can be single-ply or multi-ply.

Das Kunststoff-Verbund-Bauteil kann als Laminat hergestellt sein. Das Kunststoff-Verbund-Bauteil kann laminierte Schichten aufweisen. Das Kunststoff-Verbund-Bauteil kann in einem Legeverfahren, Vakuumpressverfahren, Prepregverfahren, Vakuum-Infusions-Verfahren, Wickelverfahren und/oder Pressverfahren hergestellt sein. Die Verstärkungsfasern können schichtweise individuell ausgerichtet sein. Die Schichten können jeweils individuelle Hauptfaserrichtungen aufweisen.The plastic composite component can be produced as a laminate. The plastic composite component can have laminated layers. The plastic composite component can be produced in a laying process, vacuum pressing process, prepreg process, vacuum infusion process, winding process and / or pressing process. The reinforcing fibers can be individually aligned in layers. The layers can each have individual main fiber directions.

Das Verfahren kann dazu dienen, die Fügekontaktfläche vorzubehandeln, um das laminierte Kunststoff-Verbund-Bauteil nach dem Vorbehandeln mit einem weiteren Kunststoff-Verbund-Bauteil stoffschlüssig zu verbinden. Das weitere Kunststoff-Verbund-Bauteil kann ein dem laminierten Kunststoff-Verbund-Bauteil entsprechendes Kunststoff-Verbund-Bauteil sein. Das laminierte Kunststoff-Verbund-Bauteil kann mit dem weiteren Kunststoff-Verbund-Bauteil verschweißt werden. Das laminierte Kunststoff-Verbund-Bauteil kann mit dem weiteren Kunststoff-Verbund-Bauteil in einem elektrischen Widerstandsschweißverfahren, Ultraschallschweißverfahren oder Induktionsschweißverfahren verbunden werden.The method can serve to pretreat the joining contact surface in order to materially connect the laminated plastic composite component to another plastic composite component after the pretreatment. The further plastic composite component can be a plastic composite component corresponding to the laminated plastic composite component. The laminated plastic composite component can be welded to the further plastic composite component. The laminated plastic composite component can be connected to the further plastic composite component in an electrical resistance welding process, ultrasonic welding process or induction welding process.

Die Fügekontaktfläche des laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils kann mit einer Fügekontaktfläche des weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils geometrisch korrespondieren. Die Fügekontaktfläche des laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils kann zu einer Fügekontaktfläche des weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils zumindest annähernd parallel sein.The joining contact surface of the laminated fiber-plastic composite component can correspond geometrically to a joining contact surface of the further fiber-plastic composite component. The joining contact surface of the laminated fiber-plastic composite component can be at least approximately parallel to a joining contact surface of the further fiber-plastic composite component.

Der Füllwerkstoff kann flächig aufgebracht werden. Der Füllwerkstoff kann zumindest annähernd vollflächig auf die Fügekontaktfläche aufgebracht werden. Der Füllwerkstoff kann ein Werkstoff sein, der mit dem Matrixmaterial werkstofflich kompatibel ist. Der Füllwerkstoff und das Matrixmaterial können vorgegebene Kompatibilitätsvoraussetzungen erfüllen. Der Füllwerkstoff kann mit dem Matrixmaterial derart kompatibel sein, dass eine hinreichende stoffschlüssige Verbindung mit dem Matrixmaterial gewährleistet ist. Der Füllwerkstoff kann dem Matrixmaterial zumindest annähernd entsprechen. Der Füllwerkstoff kann einen thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Der Füllwerkstoff kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen. Der Füllwerkstoff kann Verstärkungsfasern aufweisen. Die Verstärkungsfasern können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Polymethylmethacrylat-Fasern und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Verstärkungsfasern können als Faserfüllung vorliegen.The filler material can be applied flat. The filler material can be applied to the joining contact surface at least approximately over the entire surface. The filler material can be a material that is materially compatible with the matrix material. The filler material and the matrix material can meet specified compatibility requirements. The filler material can be compatible with the matrix material in such a way that a sufficient material connection with the matrix material is ensured. The filler material can at least approximately correspond to the matrix material. The filler material can have a thermoplastic plastic. The filler material can Polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE). The filler material can have reinforcing fibers. The reinforcing fibers can include organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, polymethyl methacrylate fibers and / or inorganic fibers such as basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers. The reinforcing fibers can be present as fiber filling.

Eine reale Oberflächenbeschaffenheit der Fügekontaktfläche kann von einer definierten und/oder geforderten Oberflächenbeschaffenheit abweichen. Das Planieren kann dazu dienen, eine reale Oberflächenbeschaffenheit einer definierten und/oder geforderten Oberflächenbeschaffenheit anzunähern. Das Planieren kann dazu dienen, Oberflächenfehler der Fügekontaktfläche zu reduzieren. Das Planieren kann dazu dienen, Abweichungen einer Planparallelität der Fügekontaktfläche des laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils und der Fügekontaktfläche des weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils zu reduzieren. Das Planieren kann auch als Einebnen oder Ausgleichen bezeichnet werden. Beim Planieren können Vertiefungen aufgefüllt werden.A real surface quality of the joining contact area can deviate from a defined and / or required surface quality. The leveling can serve to approximate a real surface quality to a defined and / or required surface quality. The leveling can serve to reduce surface defects of the joint contact area. The leveling can serve to reduce deviations from a plane parallelism of the joining contact surface of the laminated fiber-plastic composite component and the joining contact surface of the further fiber-plastic composite component. Leveling can also be referred to as leveling or leveling. Depressions can be filled in when leveling.

Die Fügekontaktfläche kann planiert werden, um eine Gestaltabweichung erster bis zweiter Ordnung zu reduzieren. Die Gestaltabweichung erster Ordnung kann eine Formabweichung sein. Die Gestaltabweichung zweiter Ordnung kann eine Welligkeit sein. Die Fügekontaktfläche kann planiert werden, um Dickensprünge des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils auszugleichen. Die auszugleichenden Dickensprünge können wellenförmig, rampenförmig und/oder stufenförmig sein.The joint contact surface can be leveled in order to reduce a first to second order deviation in shape. The first-order deviation in shape can be a deviation in shape. The shape deviation of the second order can be a ripple. The joining contact surface can be leveled in order to compensate for changes in thickness of the fiber-plastic composite component. The jumps in thickness to be compensated can be wave-shaped, ramp-shaped and / or step-shaped.

Die Fügekontaktfläche kann planiert werden, um eine Gestaltabweichung dritter bis sechster Ordnung zu reduzieren. Die Gestaltabweichung dritter Ordnung kann eine Rauheit in Form von Rillen sein. Die Gestaltabweichung vierter Ordnung kann eine Rauheit in Form von Riefen, Schuppen, Kuppen sein. Die Gestaltabweichung fünfter Ordnung kann eine Rauheit der Gefügestruktur sein. Die Gestaltabweichung sechster Ordnung kann ein Gitteraufbau des Matrixmaterials sein. Die Fügekontaktfläche kann planiert werden, um einen Mittenrauwert Ra und/oder gemittelte Rautiefe Rz zu reduzieren.The joint contact surface can be leveled in order to reduce a third to sixth order deviation in shape. The third-order deviation in shape may be a roughness in the form of grooves. The fourth order deviation in shape can be a roughness in the form of grooves, scales, knobs. The fifth order deviation in shape can be a roughness of the microstructure. The sixth order deviation in shape can be a lattice structure of the matrix material. The joining contact surface can be leveled in order to reduce a mean roughness value R a and / or mean roughness depth R z .

Der Füllwerkstoff und/oder das Matrixmaterial an der Fügekontaktfläche können/kann zum Aufbringen plastifiziert werden. Der Füllwerkstoff kann mit dem Matrixmaterial an der Fügekontaktfläche durch Kohäsion und/oder Adhäsion verbunden werden. Der Füllwerkstoff kann unter Druck- und/oder Wärmebeaufschlagung aufgebracht werden. Der Füllwerkstoff kann kontinuierlich aufgebracht werden. Der Füllwerkstoff kann automatisiert aufgebracht werden. Der Füllwerkstoff kann während und/oder nach dem Aufbringen geformt, insbesondere planiert, werden. Das Verfahren kann mithilfe eines Roboters ausgeführt werden.The filler material and / or the matrix material on the joining contact surface can / can be plasticized for application. The filler material can be connected to the matrix material on the joining contact surface by cohesion and / or adhesion. The filler material can be applied with the application of pressure and / or heat. The filler material can be applied continuously. The filler material can be applied automatically. The filler material can be shaped, in particular leveled, during and / or after application. The method can be carried out using a robot.

Das Plastifiziermodul kann einen Einlass für noch nicht plastifizierten Füllwerkstoff und einen Auslass für plastifizierten Füllwerkstoff aufweisen. Das Formmodul kann wenigstens eine Abstreichkante aufweisen. Der Auslass des Plastifiziermoduls kann dem Formmodul in einer Vorschubrichtung vorgeordnet sein.The plasticizing module can have an inlet for not yet plasticized filler material and an outlet for plasticized filler material. The molding module can have at least one doctor edge. The outlet of the plasticizing module can be arranged upstream of the molding module in a feed direction.

Die Vorrichtung kann eine Heizvorrichtung und/oder wenigstens einen Druckzylinder aufweisen. Die Heizvorrichtung und/oder der wenigstens eine Druckzylinder können/kann an dem Plastifiziermodul angeordnet sein.The device can have a heating device and / or at least one pressure cylinder. The heating device and / or the at least one pressure cylinder can / can be arranged on the plasticizing module.

Die Vorrichtung kann als Effektor für einen Roboter ausgeführt sein. Die Vorrichtung kann ein Anschlussmodul zum Anschluss an einen Roboter aufweisen. Das Anschlussmodul kann einen mechanischen Anschlussabschnitt, einen elektrischen Leistungsanschlussabschnitt und/oder einen elektrischen Signalanschlussabschnitt aufweisen.The device can be designed as an effector for a robot. The device can have a connection module for connection to a robot. The connection module can have a mechanical connection section, an electrical power connection section and / or an electrical signal connection section.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Oberflächenanpassung von Laminat-Fügezonen durch Materialzugabe zur Vorbereitung für Fügeprozesse und ein Werkzeug zur Herstellung der Oberflächenanpassung bei Laminat-Fügezonen.In summary and in other words, the invention thus results, among other things, in a surface adaptation of laminate joint zones by adding material in preparation for joining processes and a tool for producing the surface adaptation in laminate joint zones.

In einer Fügezone kann ein artgleicher Matrix-Werkstoff aufgetragen werden, um eine vollflächige Planparallelität zwischen Fügepartnern zu erreichen. Dieser Werkstoff kann auch als Füllwerkstoff bezeichnet werden. Dadurch können eine gleichmäßige, erforderliche Wärmeübertragung, homogene, ausreichend hohe Druckverhältnisse und ein vollständiges Aufschmelzen von Grenzflächen erreicht werden.A matrix material of the same type can be applied in a joining zone in order to achieve full-surface plane parallelism between the joining partners. This material can also be referred to as filler material. As a result, a uniform, required heat transfer, homogeneous, sufficiently high pressure ratios and complete melting of interfaces can be achieved.

Vorbehandelt werden können Oberflächen mit erhöhter Unebenheit durch eine Herstellung ohne geometriebildende Werkzeuge im Bereich einer Fügezone, wie Vakuumaufbau oder Welligkeit einer Oberseite bei Automated-Fibre-Placement-Prozessen, die zu einer rauen, unregelmäßigen Oberfläche führen, die durch einen Auftrag von matrixmaterialkompatiblem Werkstoff „geglättet“ werden müssen. Außerdem können Oberflächen mit Dickensprüngen vorbehandelt werden, die bei einem anzubindenden Fügepartner bei der Herstellung nicht berücksichtigt wurden, was zu einer Oberfläche mit Absätzen führt, die egalisiert werden müssen.Surfaces with increased unevenness can be pretreated by manufacturing without geometry-forming tools in the area of a joining zone, such as vacuum build-up or waviness of an upper side in automated fiber placement processes, which lead to a rough, irregular surface that is created by applying material compatible with the matrix material " must be smoothed. In addition, surfaces with jumps in thickness can be pretreated that were not taken into account in the production of a joining partner to be connected, which leads to a surface with steps that have to be leveled out.

Das Verfahren zur Behandlung der Oberflächenrauigkeit, -welligkeit und/oder zur Geometrieanpassung kann dem Schweißen vorgeschaltet und durch ein geführtes Werkzeug zur Oberflächenbehandlung abgebildet werden. Eine erforderliche Vorrichtung kann ein Überfahren einer Fügezone unter Einbringung von Temperatur, Druck und zusätzlichem Matrix-Werkstoff vorsehen, bei Bedarf mit definiertem Füllgrad der in den Laminaten verwendeten Fasern. Je nach Komplexität der Bauteile kann das System linear (einfacher, gerader Schweißnahtverlauf oder kurze Schweißnähte) oder mithilfe eines Roboters geführt werden.The process for treating the surface roughness, waviness and / or for adapting the geometry can be carried out upstream of the welding and can be mapped by a guided tool for surface treatment. A required device can provide for a joining zone to be traversed while introducing temperature, pressure and additional matrix material, if necessary with a defined degree of filling of the fibers used in the laminates. Depending on the complexity of the components, the system can be guided linearly (simple, straight weld seams or short weld seams) or with the help of a robot.

Eine Füll- oder Zusatzwerkstoff-Zuführung kann über eine Plastifiziereinheit erfolgen. Eine Formgebung der Fügezonenoberfläche kann durch einen Formgeber-Schlitten erfolgen. Eine Druckeinbringung zum Anpressen des Füll- oder Zusatzwerkstoffs und zum Vermeiden einer Dekonsolidierung kann durch Pneumatikzylinder am Werkzeug erfolgen. Eine Temperatureinbringung kann durch Heißluft, elektrische Heizpatronen, durch Induktion oder durch Strahlung erfolgen. Eine Prozesszeit kann durch eine Fahrgeschwindigkeit einer Lineareinheit oder eines Roboters bestimmt werden.A filler or additional material can be fed in via a plasticizing unit. The joining zone surface can be shaped by means of a shaping slide. Pressure can be applied to press the filler or filler material and to avoid deconsolidation by means of pneumatic cylinders on the tool. The temperature can be introduced by hot air, electrical heating cartridges, by induction or by radiation. A process time can be determined by a travel speed of a linear unit or a robot.

Mit der Erfindung wird eine verbesserte Verbindung zwischen Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen ermöglicht. Lokale Störungen der Verbindung, wie Luftspalte, werden vermieden. Ein stoffschlüssiges Verbinden auch komplexer Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile wird ermöglicht. Eine schweißprozessspezifische Vorhandlung einer Fügekontaktfläche wird bereitgestellt. Eine Erfüllung auch erhöhter Anforderungen an eine Verbindungsfestigkeit wird ermöglicht. Ein Einsatz wirtschaftlicher Verbindungsverfahren wird ermöglicht oder erleichtert.The invention enables an improved connection between fiber-plastic composite components. Local disturbances in the connection, such as air gaps, are avoided. A cohesive connection of even complex fiber-plastic composite components is made possible. A joining contact surface is provided for a specific welding process. Fulfillment of even more stringent requirements for connection strength is made possible. The use of economical connection methods is made possible or facilitated.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:

  • 1 Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile mit durch Aufbringen eines Füllwerkstoffs planierten Fügekontaktflächen,
  • 2 Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile mit durch Aufbringen eines Füllwerkstoffs planierten Fügekontaktflächen in stoffschlüssiger Verbindung,
  • 3 einen Roboter mit einer Vorrichtung zum Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche eines Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils und
  • 4 ein Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche eines Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils.
In the following, exemplary embodiments of the invention are described in more detail with reference to figures, which show schematically and by way of example:
  • 1 Fiber-plastic composite components with joining contact surfaces leveled by applying a filler material,
  • 2 Fiber-plastic composite components with joint contact surfaces leveled by applying a filler material in a materially bonded connection,
  • 3 a robot with a device for pretreating a joining contact surface of a fiber-plastic composite component and
  • 4th a pretreatment of a joining contact surface of a fiber-plastic composite component.

1 zeigt Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102, 106, 110 mit durch Aufbringen eines Füllwerkstoffs 112 planierten Fügekontaktflächen. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102, 104, 106, 108, 110 weisen jeweils ein Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern auf und sind als Laminat hergestellt. Fügekontaktflächen sind Oberflächenabschnitte der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102, 104, 106, 108, 110 im Bereich einer Fügezone 114. 1 shows fiber-plastic composite components 100 , 102 , 106 , 110 with by applying a filler material 112 leveled joint contact surfaces. The fiber-plastic composite components 100 , 102 , 104 , 106 , 108 , 110 each have a matrix material and reinforcing fibers embedded in the matrix material and are produced as a laminate. Joining contact areas are surface sections of the fiber-plastic composite components 100 , 102 , 104 , 106 , 108 , 110 in the area of a joining zone 114 .

Die Fügekontaktflächen der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102 weisen jeweils zunächst eine für ein stoffschlüssiges Verbinden durch Schweißen ungeeignete Welligkeit oder Rauheit auf. Durch Aufbringen des Füllwerkstoffs 112 sind die Fügekontaktflächen der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102 planiert.The joining contact surfaces of the fiber-plastic composite components 100 , 102 each initially have a waviness or roughness which is unsuitable for a material connection by welding. By applying the filler material 112 are the joining contact surfaces of the fiber-plastic composite components 100 , 102 leveled.

Die Fügekontaktfläche des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils 106 weist zunächst eine für ein stoffschlüssiges Verbinden durch Schweißen ungeeignete rampenförmige Formabweichung auf. Durch Aufbringen des Füllwerkstoffs 112 ist die Fügekontaktfläche des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils 106 planiert.The joining contact surface of the fiber-plastic composite component 106 initially has a ramp-shaped form deviation which is unsuitable for a material connection by welding. By applying the filler material 112 is the joining contact surface of the fiber-plastic composite component 106 leveled.

Die Fügekontaktfläche des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils 110 weist zunächst eine für ein stoffschlüssiges Verbinden durch Schweißen ungeeignete stufenförmige Formabweichung auf. Durch Aufbringen des Füllwerkstoffs 112 ist die Fügekontaktfläche des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils 110 planiert.The joining contact surface of the fiber-plastic composite component 110 initially has a stepped form deviation that is unsuitable for a material connection by welding. By applying the filler material 112 is the joining contact surface of the fiber-plastic composite component 110 leveled.

2 zeigt die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102; 104, 106; 108, 110 in stoffschlüssiger Verbindung. Zur stoffschlüssigen Verbindung sind die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile 100, 102; 104, 106; 108, 110 an ihren Fügekontaktfläche beispielsweise in einem Widerstandsschweißverfahren, Ultraschallschweißverfahren oder Induktionsschweißverfahren miteinander verschweißt. Aufgrund des vorherigen Planierens ergeben sich in der Fügezone 114 trotz Gestaltabweichungen der Fügekontaktflächen vollflächige dauerhaft hoch belastbare Schweißverbindungen 116, 118, 120. 2 shows the fiber-plastic composite components 100 , 102 ; 104 , 106 ; 108 , 110 in a material connection. The fiber-plastic composite components are used for a material connection 100 , 102 ; 104 , 106 ; 108 , 110 welded to one another at their joining contact surface, for example in a resistance welding process, ultrasonic welding process or induction welding process. Due to the previous leveling, there are in the joining zone 114 Despite deviations in the shape of the joining contact surfaces, welded connections that are permanently high-strength over the entire surface 116 , 118 , 120 .

3 zeigt einen Roboter 200 mit einer als Effektor ausgeführten Vorrichtung 202 zum Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche 204 eines Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils 206. 4 zeigt ein Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche 204 des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils 206 mithilfe der Vorrichtung 202. 3 shows a robot 200 with a device designed as an effector 202 for pretreating a joint contact surface 204 of a fiber-plastic composite component 206 . 4th shows a pretreatment of a joining contact surface 204 of the fiber-plastic composite component 206 using the device 202 .

Die Vorrichtung 202 weist ein Anschlussmodul 208 zum Anschluss an den Roboter 200, ein Plastifiziermodul 210 zum Plastifizieren von Füllwerkstoff 212 und ein Formmodul 214 zum planieren des aufgebrachten Füllwerkstoff 212 auf.The device 202 has a connection module 208 for connection to the robot 200 , a plasticizing module 210 for plasticizing filler material 212 and a molding module 214 for leveling the applied filler material 212 on.

Die Vorrichtung 202 wird mithilfe des Roboters 200 in einer Vorschubrichtung 216 entlang der Fügekontaktfläche 204 geführt. Dabei wird der Füllwerkstoff 212 plastifiziert, stoffschlüssig auf die Fügekontaktfläche 204 aufgetragen und planiert.The device 202 is made using the robot 200 in one feed direction 216 along the joint contact surface 204 guided. Thereby the filler material 212 plasticized, firmly bonded to the joint contact surface 204 applied and leveled.

Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.In particular, optional features of the invention are referred to as “can”. Accordingly, there are also developments and / or exemplary embodiments of the invention which additionally or alternatively have the respective feature or the respective features.

Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.If necessary, isolated features can also be selected from the feature combinations disclosed here and used in combination with other features to delimit the subject matter of the claim, dissolving any structural and / or functional relationship that may exist between the features.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
102102
Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
104104
Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
106106
Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
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Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
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Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
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FüllwerkstoffFiller material
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FügezoneJoining zone
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SchweißverbindungWelded joint
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SchweißverbindungWelded joint
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Schweißverbindung Welded joint
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Roboterrobot
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Vorrichtungcontraption
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FügekontaktflächeJoint contact surface
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Faser-Kunststoff-Verbund-BauteilFiber-plastic composite component
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AnschlussmodulConnection module
210210
PlastifiziermodulPlasticizing module
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FüllwerkstoffFiller material
214214
FormmodulShape module
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VorschubrichtungFeed direction

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009047671 A1 [0002]DE 102009047671 A1 [0002]

Claims (12)

Verfahren zum Vorbehandeln einer Fügekontaktfläche (204) eines laminierten Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (100, 102, 106, 110, 206), um das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (100, 102, 106, 110, 206) nachfolgend mit einem weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (100, 102, 104, 106, 108, 110, 206) stoffschlüssig zu verbinden, wobei das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (100, 102, 104, 106, 108, 110, 206) ein Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekontaktfläche (204) durch Aufbringen eines mit dem Matrixmaterial kompatiblen Füllwerkstoffs (112, 212) planiert wird.Method for pretreating a joining contact surface (204) of a laminated fiber-plastic composite component (100, 102, 106, 110, 206), followed by the fiber-plastic composite component (100, 102, 106, 110, 206) with a further fiber-plastic composite component (100, 102, 104, 106, 108, 110, 206) in a materially bonded manner, the fiber-plastic composite component (100, 102, 104, 106, 108, 110 , 206) comprises a matrix material and reinforcing fibers embedded in the matrix material, characterized in that the joining contact surface (204) is leveled by applying a filler material (112, 212) compatible with the matrix material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekontaktfläche (204) planiert wird, um eine Gestaltabweichung erster bis zweiter Ordnung zu reduzieren.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the joining contact surface (204) is leveled in order to reduce a first to second order deviation in shape. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekontaktfläche (204) planiert wird, um Dickensprünge des Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils (100, 102, 106, 110, 206) auszugleichen.Method according to at least one of the Claims 1 until 2 , characterized in that the joining contact surface (204) is leveled in order to compensate for changes in thickness of the fiber-plastic composite component (100, 102, 106, 110, 206). Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekontaktfläche (204) planiert wird, um eine Gestaltabweichung dritter bis sechster Ordnung zu reduzieren.Method according to at least one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the joining contact surface (204) is leveled in order to reduce a third to sixth order deviation in shape. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekontaktfläche (204) planiert wird, um einen Mittenrauwert Ra und/oder gemittelte Rautiefe Rz zu reduzieren.Method according to at least one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the joining contact surface (204) is leveled in order to reduce a mean roughness value R a and / or mean roughness depth R z . Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllwerkstoff (112, 212) unter Druck- und/oder Wärmebeaufschlagung aufgebracht wird.Method according to at least one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the filler material (112, 212) is applied under pressure and / or heat. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllwerkstoff (112, 212) kontinuierlich aufgebracht wird.Method according to at least one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the filler material (112, 212) is applied continuously. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllwerkstoff (112, 212) während und/oder nach dem Aufbringen geformt wird.Method according to at least one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the filler material (112, 212) is formed during and / or after application. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mithilfe eines Roboters (200) ausgeführt wird.Method according to at least one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the method is carried out with the aid of a robot (200). Vorrichtung (202) zum Ausführen eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (202) ein Plastifiziermodul (210) zum Plastifizieren und/oder ein Formmodul (214) zum geformten Aufbringen des Füllwerkstoffs (112, 212) aufweist.Device (202) for carrying out a method according to at least one of Claims 1 until 9 , characterized in that the device (202) has a plasticizing module (210) for plasticizing and / or a molding module (214) for the molded application of the filler material (112, 212). Vorrichtung (202) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (202) eine Heizvorrichtung und/oder wenigstens einen Druckzylinder aufweist.Device (202) after Claim 10 , characterized in that the device (202) has a heating device and / or at least one pressure cylinder. Vorrichtung (202) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (202) als Effektor für einen Roboter (200) ausgeführt ist.Device (202) according to at least one of the Claims 10 until 11 , characterized in that the device (202) is designed as an effector for a robot (200).
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