EP3160721A1 - Duroplastische fvk-struktur mit einem thermoplastischen und faserverstärkten lasteinleitungselement - Google Patents

Duroplastische fvk-struktur mit einem thermoplastischen und faserverstärkten lasteinleitungselement

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EP3160721A1
EP3160721A1 EP15719147.9A EP15719147A EP3160721A1 EP 3160721 A1 EP3160721 A1 EP 3160721A1 EP 15719147 A EP15719147 A EP 15719147A EP 3160721 A1 EP3160721 A1 EP 3160721A1
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EP
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fiber
thermoplastic
molded body
impregnated
insert
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15719147.9A
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Inventor
Julius Rausch
David Roquette
Tobias KLEFFEL
Daniel Kugele
Christoph HOLLÄNDER
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Publication of EP3160721A1 publication Critical patent/EP3160721A1/de
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14778—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the article consisting of a material with particular properties, e.g. porous, brittle
    • B29C45/14786—Fibrous material or fibre containing material, e.g. fibre mats or fibre reinforced material

Definitions

  • the invention relates to a FRP structure with a load introduction element according to the preamble of patent claim 1.
  • FRP fiber composite plastic
  • load introduction elements for example for low loads
  • load introduction elements are glued in a separate process step.
  • various surface treatments such as surface roughening or UV treatments, are carried out. Disadvantages of this are the additional process steps, wherein in particular the surface treatments are expensive and expensive.
  • DE 10 2012 207 1 18 A1 likewise discloses a FRP structure with an insert part in order to connect further force-transmitting components to the FRP structure via such an insert part.
  • This FRP structure consists of a carrier of either a fiber reinforced thermoset, a non-reinforced thermoplastic or a glass fiber reinforced thermoplastic material.
  • an insert of a fiber-reinforced plastic is embedded.
  • a core is first produced by means of a pultrusion process (also called a pultrusion process) in which an impregnated, textile semi-finished product is pulled through a matrix and the fibers are exclusively oriented in the pullout direction.
  • the pultrided core is wrapped by means of pull-wrap or pull-braiding with a fiber layer or fiber fabric made of long fiber strands, so that a different fiber direction results compared to the fibers of the core.
  • this represents a very expensive process for producing such an FRP structure.
  • DE 201 11 1 1 743 A1 describes an FRP structure with at least one textile insert in combination with a thermoplastic matrix and stiffening ribs injection-molded from thermoplastic material. These stiffening ribs contain a relatively high volume fraction of at least 30% short fibers from a reinforcement part material.
  • the object of the invention is to provide a FRP structure of the type mentioned, in which the load introduction element is integrated with an improved form fit, ie with better mechanical properties and higher transferable forces in the FRP structure with a thermoset matrix.
  • This object is achieved by a FRP structure having the features of patent claim 1.
  • Such an FRP structure which comprises at least one fiber structure embedded in a thermosetting matrix and at least one load introduction element, is characterized according to the invention in that
  • the load introduction element has a thermoplastic molded body, which is produced by partial impregnation of a fiber insert by means of thermoplastic injection molding, and
  • thermosetting matrix The non-impregnated portion of the arranged on the fiber structure with the thermoplastic molded body fiber insert is impregnated together with the fiber structure with the thermosetting matrix.
  • thermoplastic semi-finished fiber insert as thermoplastic matrix and the non-impregnated portion of this semi-finished fiber impregnated together with the fiber structure with the thermoset matrix, so that in this way also creates a positive connection.
  • a high adhesion and a positive connection with high connection quality are achieved between the fiber feeder and the respectively involved matrix systems.
  • a significantly improved positive connection is achieved, so that a tension transfer between the thermoplastic region, that is to say the first region and the second region, is made possible.
  • thermoset structure Due to the positive connection between the reinforcing fibers or the semifinished fiber product and the respective matrix systems exist between the thermoset structure and its thermoplastic load introduction element no adhesion problems, so that significantly higher forces can be transmitted. Since the thermoplastic molding is made of plastic, a further structure, for example, can be connected directly thereto by means of a screw connection.
  • load introduction element by means of a thermoplastic processing process can be carried out economically and then easily integrated into the FRP structure by means of a thermosetting processing process.
  • the load introduction elements are, for example, inserted directly into the injection or pressing tools for producing a thermoset component. This eliminates additional processes for mounting conventional load introduction elements.
  • the thermoplastic molded body forms a composite with the fiber insert over at least one impregnated region of the fiber insert or semifinished fiber product.
  • an optimal positive connection between the semi-finished semifinished product and the thermoplastic molding is achieved.
  • the thermoplastic molded body forms a composite with the fiber insert over a plurality of impregnated regions of the fiber insert or of the semi-finished fiber product. This leads to an improved positive connection between the thermoplastic molding and the thermoset matrix.
  • thermoplastic molding to form a mechanical interface of the thermoplastic molded body on a connecting element, which is prepared by molding in the production of the thermoplastic molding.
  • a connecting element may, for example, be designed as a sleeve with or without thread or as a threaded bolt, etc., and be made of metal or plastic.
  • the fiber feeder or the semi-finished fiber product is formed from textile fibers and / or metal fibers, wherein the fiber structure is a May be a fabric, a mat, a nonwoven, a braid, a knitted fabric and / or a knitted fabric.
  • thermoplastic molded body a cuboid, frusto-conical or a truncated pyramidal shape, which can be realized especially in the conical shapes, an undercut in the field of thermoset matrix of the FRP structure.
  • thermoplastic molded body can also have reinforcing ribs.
  • Figure 1 is a schematic representation of a FRP structure with a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of a load introduction element in a sectional view
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the load introduction element according to FIG. 2 in a plan view
  • FIG. 4 is a schematic representation of another embodiment of the load introduction element of Figure 2.
  • FIG. 1 shows an FRP structure 1 with a load introduction element 10, wherein this FRP structure 1 shown represents part of a thermoset component.
  • This load introduction element 10 comprises a fiber insert 1 1 as semifinished fiber product, which is partially impregnated with a thermoplastic matrix to produce a thermoplastic molding body 12, so that an impregnated region 1 1.2 and an unimpregnated, ie dry, region 1.1 are formed.
  • the dry fiber feeder 1 1 is inserted and impregnated with a tool stroke in the range 1 1 .2 of Faserein casual 1 1 with the thermoplastic matrix and in this case the thermoplastic molding 12 produced.
  • appropriate seals are introduced into the tool; alternatively, the area 1 1 .1 can be sealed by local overpressing.
  • the component geometry of the thermoset component to be produced determines the shape of the thermoplastic molding 12. According to FIGS. 1 to 4, this thermoplastic molding 12 has a frustoconical shape.
  • thermoplastic molded body It is also possible to realize other shapes, such as, for example, a truncated pyramidal or cylindrical shape, or to cast ribs onto the thermoplastic molded body.
  • all forms are possible, which can be realized by injection molding. Outside the impregnated region 1 1.2, the fiber insert 11 is not impregnated with the thermoplastic matrix; this non-impregnated region 11 1 of the fiber insert 11 remains dry.
  • thermoplastic molded body 12 forms a mechanical interface to fasten other components can.
  • this thermoplastic molded body 12 has a threaded bushing as a connecting element 13, via which the other components can be connected.
  • This threaded bush can be produced simultaneously with the production of the thermoplastic molded body 12, or subsequently hot or cold pressed into the thermoplastic molded body 12. Alternatively, threaded bolts can be integrated into the thermoplastic molding.
  • the load introduction element 10 is now used for producing the FRP structure 1 of a thermoset component according to FIG.
  • the thermoplastic molded body 12 is inserted with the partially impregnated textile semi-finished fiber 1 1 together with a fiber structure 2 in a tool for processing thermoset molding compounds, so that the fiber insert 1 1 of the load application element 10 rests on this fiber structure 2.
  • the non-impregnated region 1 1.1 of the fiber insert 1 is impregnated together with the vehicle structure 2 with a duroplastic matrix 3.
  • FIG. 1 shows the FRP structure 1 after the thermosetting processing process, in which the thermoplastic molded body 12 is connected with its base 12.1 over the impregnated region 11.2 all-over to the fibers of the fiber insert 11.
  • thermosetting processing process impregnated in thermosetting processing process and thus also achieved a positive connection between the non-impregnated region 11 .1 and the thermosetting matrix system.
  • thermoplastic molded body 12 forms a mechanical interface to fasten other components can.
  • the further component for example, by means of a screw directly to this thermoplastic molded body 12 are screwed.
  • a connecting element 13 As a mechanical interface and a threaded sleeve can be used as a connecting element 13, via which the other components can be connected.
  • a load introduction element 10 according to the invention is shown in FIG. 2, in which the thermoplastic molded body 12 has such a threaded sleeve 13. Otherwise, this load introduction element 10 according to FIG. 2 corresponds to that of the FVK structure 1 according to FIG. 1.
  • Such a connecting element 13 may be made of plastic or metal.
  • the threaded sleeve 13 is encapsulated simultaneously with the production of the thermoplastic molding 12, or subsequently hot or cold pressed into the thermoplastic molding 12.
  • the thermoplastic molded body 12 is connected with its base 12.1 over its entire surface with the fibers of the fiber insert 1 1 in the range 1 1.2.
  • the load introduction element 10 shown in FIG. 4 is formed with a thermoplastic molded body 12, on whose base surface 12.1 an annular flange 12.2 is formed, which forms the thermoplastic composite with the impregnated region 11.21 of the fiber insert 11.
  • annular flange 12.2 In addition to this annular flange 12.2, further concentric nested further annular flanges may be provided, so that concentrically nested annular surfaces arise as the geometry of the impregnated regions 1 1.2 of the fiber insert 1, in whose interspaces the thermoset matrix 3 is produced in the production of an FRP structure 1 can flow according to FIG.
  • the load introduction element 10 according to FIG. 4 is produced in the same way as that according to FIG. Instead of a threaded sleeve, this load introduction element 10 to form a mechanical interface on a threaded bolt made of metal or plastic as a connecting element 14.
  • the load introduction element 10 according to FIG. 4 is used instead of that according to FIG. 1 for producing a FRP structure 1.
  • FIG. 5 shows a plan view of another load introduction element 10 with a thermoplastic molding 12 with fiber insert 1 partially impregnated with a thermoplastic matrix.
  • the base 12.1 of the thermoplastic molding 12 has four cylindrical connection feet 12.3, which each have a composite with impregnated areas 1 1 .2 of the fiber insert 1 1 form. Outside of these circular regions 1 1.2, the fiber insert 11, ie the region 11, is not impregnated and forms a bond therewith with the thermoset matrix 3 corresponding to the FRP structure 1 according to FIG.
  • the geometry of the impregnated regions 1 1 .2 of the fiber insert 1 1 can be configured in different ways. Thus, geometric arrangements are possible below the thermoplastic molding 12, which are characterized by alternating and juxtaposed areas of exposed / dry and impregnated fibers of the fiber insert 11.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine FVK-Struktur (1), welche mindestens eine in einer duroplastischen Matrix (3) eingebetteten Faserstruktur (2) und mindestens ein Lasteinleitungselement (10) umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Lasteinleitungselement (10) einen Thermoplast-Formkörper (12) aufweist, welcher durch teilweise Imprägnierung eines Fasereinlegers (11) mittels thermoplastischen Spritzguss hergestellt ist, und der nicht imprägnierte Bereich (11.1) des auf der Faserstruktur (2) mit dem Thermoplast-Formkörper (12) angeordneten Fasereinlegers (11) zusammen mit der Faserstruktur (2) mit der duroplastischen Matrix (3) imprägniert ist.

Description

Duroplastische FVK-Struktur mit einem thermoplastischen und faserverstärkten Lasteinleitungselement
Die Erfindung betrifft eine FVK-Struktur mit einem Lasteinleitungselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Verwendung von Faserverbundkunststoff-Strukturen (FVK-Struktur) im Karosseriebau ist bekannt und führt, verbunden mit hohen Festigkeitswerten zu erheblichen Gewichtseinsparungen.
Um an solche FVK-Strukturen zusätzliche Strukturen einzubinden, werden solche Lasteinleitungselemente, bspw. für geringe Lasten in einem separaten Prozessschritt geklebt. Zur Optimierung einer solchen Klebeverbindung wer- den verschiedene Oberflächenbehandlungen, wie bspw. Anrauen der Oberfläche oder UV-Behandlungen durchgeführt. Nachteilig hieran sind die zusätzlichen Prozessschritte, wobei insbesondere die Oberflächenbehandlungen teuer und aufwändig sind.
Eine andere Möglichkeit zur Anbindung von zusätzlichen Strukturen beschreibt die DE 101 01 271 A1 mittels von in FVK-Strukturen eingebetteten Einlegeteilen. Ein solches Einlegeteil besteht aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff, welches in einem im RTM-Verfahren hergestellten Formteil aus einem duroplastischen Kunststoff eingebettet wird. In dieses Einlegeteil ist eine Gewindebuchse eingebettet, um in diesen einen Gewindebolzen zur Befestigung der FVK-Struktur einschrauben zu können. Nachteilig hieran ist jedoch, dass an dem Übergang von dem thermoplasti- sehen Werkstoff des Einlegeteils zudem duroplastischen Werkstoff des Formteils Haftungsprobleme auftreten können.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2012 207 1 18 A1 ebenso eine FVK-Struktur mit einem Einlegeteil bekannt, um über ein solches Einlegeteil weitere kraftübertragenden Bauteile an die FVK-Struktur anzubinden. Diese FVK-Struktur besteht aus einem Träger entweder aus einem faserverstärkten duroplastischen, einem nicht verstärkten thermoplastischen oder einem glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmaterial. In diesen Träger ist ein Einlegeteil aus einem faserverstärkten Kunststoff eingebettet. Zur Herstellung eines solchen Einlegeteils wird zunächst ein Kern mittels eines Strangziehverfahrens (auch Pultrusionsverfahren genannt) hergestellt, bei dem ein imprägniertes, textiles Halbzeug durch eine Matrix gezogen wird und dabei die Fasern ausschließlich in Auszugsrichtung orientiert sind. Diesem Verfahren nachgeschaltet wird mittels Pullwindung bzw. Pullbraiding der pultridierte Kern mit einem Fasergelege bzw. Fasergewebe aus Langfasersträngen umwickelt, so dass sich gegenüber den Fasern des Kerns eine andere Faserrichtung ergibt. Dies stellt jedoch ein sehr aufwändiges Verfahren zur Herstellung einer solchen FVK-Struktur dar.
Schließlich beschreibt die DE 201 1 1 1 1 743 A1 eine FVK-Struktur mit zumindest einem Textileinleger im Verbund mit einer thermoplastischen Matrix und aus thermoplastischen Kunststoff angespritzte Versteifungsrippen. Diese Versteifungsrippen enthalten einen relativ hohen Volumenanteil von zumindest 30 % Kurzfasern aus einem Verstärkungsteilmaterial.
Aufgabe der Erfindung ist es eine FVK-Struktur der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem das Lasteinleitungselement mit einem verbesserten Formschluss d. h. mit besseren mechanischen Eigenschaften und höher übertragbaren Kräfte in die FVK-Struktur mit einer duroplastischen Matrix integriert ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine FVK-Struktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche FVK-Struktur, welche mindestens eine in einer duroplastischen Matrix eingebetteten Faserstruktur und mindestens ein Lasteinleitungselement umfasst, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- das Lasteinleitungselement einen Thermoplast-Formkörper aufweist, welcher durch teilweise Imprägnierung eines Fasereinlegers mittels thermoplastischen Spritzguss hergestellt ist, und
- der nicht imprägnierte Bereich des auf der Faserstruktur mit dem Thermoplast-Formkörper angeordneten Fasereinlegers zusammen mit der Faserstruktur mit der duroplastischen Matrix imprägniert ist.
Bei dieser erfindungsgemäßen FVK-Struktur wird über ein Faserhalbzeug als Fasereinleger ein Formschluss durch dessen Teilimprägnierung mittels thermoplastischen Spritzguss als thermoplastische Matrix realisiert und der nicht imprägnierte Bereich dieses Faserhalbzeuges zusammen mit der Faserstruktur mit der duroplastischen Matrix imprägniert, so dass hierdurch ebenso ein Formschluss entsteht. Somit werden zwischen dem Fasereinleger und den jeweils beteiligten Matrixsystemen eine hohe Adhäsion und ein Formschluss mit hoher Verbindungsqualität erreicht. Insbesondere mit den Fasern des trockenen Bereichs des Fasereinlegers wird ein signifikant verbesserter Formschluss erzielt, so dass ein Spannungstransfer zwischen dem thermoplastischen, also dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ermöglicht wird.
Aufgrund des Formschlusses zwischen den Verstärkungsfasern bzw. des Faserhalbzeugs und den jeweiligen Matrixsystemen bestehen zwischen der duroplastischen Struktur und dessen thermoplastischen Lasteinleitungselement keine Haftungsprobleme, so dass dadurch signifikant höhere Kräfte übertragen werden können. Da der Thermoplast-Formkörper aus Kunststoff besteht, kann direkt hieran eine weitere Struktur, bspw. mittels einer Schraubverbindung angebunden werden.
Die Herstellung eines solchen Lasteinleitungselementes mittels eines thermoplastischen Verarbeitungsprozesses lässt sich wirtschaftlich durchführen und anschließend mittels eines duroplastischen Verarbeitungsprozesses einfach in die FVK-Struktur integrieren. Hierzu werden die Lasteinleitungselemente bspw. direkt in das Injektions- oder Presswerkzeugen zur Herstellung eines Duroplast-Bauteils eingelegt. Damit entfallen zusätzliche Prozesse zur Anbringung von konventionellen Lasteinleitungselementen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet der Thermoplast- Formkörper über wenigstens einen imprägnierten Bereich des Fasereinlegers bzw. des Faserhalbzeugs einen Verbundmit dem Fasereinleger. Somit wird ein optimaler Formschluss zwischen dem teilimprägnierten Faserhalbzeug und dem Thermoplast-Formkörper erzielt. Vorzugsweise bildet der Thermoplast-Formkörper über mehrere imprägnierte Bereiche des Fasereinlegers bzw. des Faserhalbzeugs einen Verbund mit dem Fasereinleger. Dies führt zu einem verbesserten Formschluss zwischen dem Thermoplast- Formkörper und der duroplastischen Matrix.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist zur Bildung einer mechanischen Schnittstelle der Thermoplast-Formkörper ein Verbindungselement auf, welches durch Umspritzen bei der Herstellung des Thermoplast- Formkörpers hergestellt ist. Ein solches Verbindungselement kann bspw. als Hülse mit oder ohne Gewinde oder als Gewindebolzen usw. ausgebildet sein und aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein.
Weiterbildungsgemäß ist der Fasereinleger bzw. ist das Faserhalbzeug aus textilen Fasern und/oder Metallfasern gebildet, wobei die Faserstruktur ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vlies, ein Geflecht, ein Gewirke und/oder ein Gestricke sein kann.
Weiterbildungsgemäß eignet sich als Form für den Thermoplast-Formkörper eine quaderförmige, kegelstumpfförmige oder eine pyramidenstumpfförmige Form, wobei sich insbesondere bei den konischen Formen ein Hinterschnitt im Bereich der duroplastischen Matrix der FVK-Struktur realisieren lässt. Zudem kann der thermoplastische Formkörper auch Verstärkungsrippen aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer FVK-Struktur mit einem
Lasteinleitungselement gemäß der Erfindung in einer Schnittansicht,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Lasteinleitungselementes in einer Schnittansicht,
Figur 3 eine schematische Darstellung des Lasteinleitungselementes nach Figur 2 in einer Draufsicht,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Lasteinleitungselementes nach Figur 2, und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Lasteinleitungselementes in einer Unteransicht. Die Figur 1 zeigt eine FVK-Struktur 1 mit einem Lasteinleitungselement 10, wobei diese dargestellte FVK-Struktur 1 Teil eines Duroplast-Bauteils dar- stellt. ~
Dieses Lasteinleitungselement 10 umfasst einen Fasereinleger 1 1 als Faserhalbzeug, die zur Herstellung eines Thermoplast-Formkörpers 12 mit einer thermoplastischen Matrix teilimprägniert wird, so dass ein imprägnierter Bereich 1 1.2 und ein nicht imprägnierter, also trockener Bereich 1 1.1 entsteht.
Hierzu wird in einem ersten Prozessschritt in eine Werkzeug kavität eines Spritzguss- oder Spritzprägewerkzeugs für Thermoplaste der trockene Fasereinleger 1 1 eingelegt und mit einem Werkzeughub in dem Bereich 1 1 .2 des Faserein legers 1 1 mit der thermoplastischen Matrix imprägniert und hierbei der Thermoplast-Formkörper 12 hergestellt. Um den Bereich 1 1 .1 trocken zu halten werden in das Werkzeug entsprechende Dichtungen eingebracht, alternativ kann der Bereich 1 1 .1 durch lokale Überpressung abgedichtet werden. Die Bauteilgeometrie des zu fertigenden Duroplast-Bauteils bestimmt die Form des Thermoplast-Formkörpers 12. Gemäß den Figuren 1 bis 4 weist dieser Thermoplast-Formkörper 12 eine kegelstumpfförmige Form auf. Es können auch andere Formen, wie bspw. eine pyramidenstumpfförmige oder zylinderförmige Form realisiert werden bzw. Rippen an den Thermoplast-Formkörper angespritzt werden. Hierbei sind alle Formen möglich, die im Spritzguss-Verfahren realisierbar sind. Außerhalb des imprägnierten Bereichs 1 1.2wird der Fasereinleger 11 nicht mit der thermoplastischen Matrix imprägniert, dieser nicht imprägnierte Bereich 1 1.1 des Fasereinlegers 11 bleibt trocken.
Als Materialien für den Fasereinleger 1 1 werden textile Halbzeuge oder filigrane Metallstrukturen verwendet. Als textile Halbzeuge können Gelege, Gewebe, Matten, ein Vliese, Geflechte, Gewirke und/oder Gestricke aus Glas, Aramid, Kohlenstoff usw. verwendet werden. Gitter, Drahtgeflechte usw. sind für die filigranen Metallstrukturen geeignet. Dieser Thermoplast-Formkörper 12 bildet eine mechanische Schnittstelle, um weitere Komponenten befestigen zu können. Hierzu weist dieser Thermoplast-Formkörper 12 eine Gewindebuchse als Verbindungselement 13 auf, über die die weiteren Komponenten angebunden werden können. Diese Gewindebuchse kann gleichzeitig mit der Herstellung des Thermoplast- Formkörper 12 hergestellt werden, oder nachträglich warm- oder kalt in den Thermoplast-Formkörper 12 eingepresst werden. Alternativ können auch Gewindebolzen in den Thermoplast-Formkörper integriert werden.
Das Lasteinleitungselement 10 wird nun zur Herstellung der FVK-Struktur 1 eines Duroplast-Bauteils gemäß Figur 1 eingesetzt. Hierzu wird in einem zweiten Prozessschritt der Thermoplast-Formkörper 12 mit dem teilweise imprägnierten textilen Faserhalbzeug 1 1 zusammen mit einer Faserstruktur 2 in ein Werkzeug zur Verarbeitung duroplastischer Formmassen eingelegt, so dass der Fasereinleger 1 1 des Lasteinleitungselementes 10 auf dieser Faserstruktur 2 aufliegt. Mit einem solchen Werkzeug wird der nicht imprägnierten Bereich 1 1.1 des Fasereinlegers 1 zusammen mit der Fahrzeugstruktur 2 mit einer duroplastischen Matrix 3 imprägniert.
Die Figur 1 zeigt die FVK-Struktur 1 nach dem duroplastischen Verarbei- tungsprozess, bei welcher der Thermoplast-Formkörper 12 mit seiner Grundfläche 12.1 über den imprägnierten Bereich 1 1 .2 vollflächig mit den Fasern des Fasereinlegers 1 1 verbunden ist.
Bei dieser FVK-Struktur 1 wird über den Fasereinleger 1 1 ein Formschluss über den imprägnierten Bereich 1 1 .2 mit der thermoplastischen Matrix des Thermoplast-Formkörper 12 und der nicht imprägnierten Bereich 1 1 .12 des Fasereinlegers 1 1 wird zusammen mit der Faserstruktur 2 im duroplastischen Verarbeituhgsprozess imprägniert und so ebenfalls ein Formschluss zwischen dem nicht imprägnierten Bereich 11 .1 und dem duroplastischen Matrixsystem erreicht. Somit werden zwischen dem Fasereinleger 1 1 und den jeweils beteiligten Matrixsystemen, also dem thermoplastischen Matrixsystem des Thermoplast-Formkörpers 12 und dem duroplastischen Matrixsystem eine hohe Adhäsion und ein Formschluss mit hoher Verbindungsqualität sichergestellt. Insbesondere mit den Fasern des nicht imprägnierten Bereichs 1 1.1 des Fasereinlegers 1 1 wird ein signifikant verbesserter Formschluss erreicht, so dass ein Spannungstransfer zwischen dem thermoplastischen, also dem imprägnierten Bereich 11.2 und dem duroplastischen Bereich, also dem nicht imprägnierten Bereich 1 1 .1 ermöglicht wird. Schließlich entsteht an der unteren Kante des Thermoplast-Formkörpers 12 eine Hinter- schneidung für die duroplastischen Matrix 3, wodurch ebenso der Formschluss zwischen dem Thermoplast-Formkörper 12 und der duroplastischen Matrix 3 verbessert wird.
Dieser Thermoplast-Formkörper 12 bildet eine mechanische Schnittstelle, um weitere Komponenten befestigen zu können. Hierzu kann die weitere Komponente bspw. mittels einer Schraubverbindung direkt an diesem Thermoplast-Formkörper 12 angeschraubt werden.
Als mechanische Schnittstelle kann auch eine Gewindehülse als Verbindungselement 13 eingesetzt werden, über die die weiteren Komponenten angebunden werden können. Eine solche Ausführung eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselementes 10 zeigt Figur 2, bei dem der Thermoplast- Formkörper 12 eine solche Gewindehülse 13 aufweist. Ansonsten entspricht dieses Lasteinleitungselement 10 gemäß Figur 2 demjenigen der FVK- Struktur 1 nach Figur 1 . Ein solches Verbindungselement 13 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen.
Die Gewindehülse 13 wird gleichzeitig mit der Herstellung des Thermoplast- Formkörper 12 umspritzt, oder nachträglich warm- oder kalt in den Thermoplast-Formkörper 12 eingepresst. Gemäß Figur 2 ist der Thermoplast-Formkörper 12 mit seiner Grundfläche 12.1 vollflächig mit den Fasern des Fasereinlegers 1 1 in deren Bereich 1 1.2 verbunden. Im Unterschied hierzu ist das in Figur 4 dargestellte Lasteinleitungselement 10 mit einem Thermoplast-Formkörper 12 ausgebildet, an dessen Grundfläche 12.1 ein Ringflansch 12.2 angeformt ist, der den thermoplastischen Verbund mit dem imprägnierten Bereich 11.21 des Fasereinlegers 1 1 bildet. Es können neben diesem Ringflansch 12.2 auch weitere konzentrisch ineinander liegende weitere Ringflansche vorgesehen werden, so dass als Geometrie der imprägnierten Bereiche 1 1.2 des Fasereinlegers 1 1 konzentrisch ineinander liegende Ringflächen entstehen, in deren Zwischenräume die duroplastischen Matrix 3 bei der Herstellung einer FVK-Struktur 1 gemäß Figur 1 fließen kann.
Das Lasteinleitungselement 10 gemäß Figur 4 wird in gleicher Weise wie jenes nach Figur 2 hergestellt. Anstelle einer Gewindehülse weist dieses Lasteinleitungselement 10 zur Bildung einer mechanischen Schnittstelle einen aus Metall oder Kunststoff hergestellten Gewindebolzen als Verbindungselement 14 auf.
Das Lasteinleitungselement 10 gemäß Figur 4 wird anstelle desjenigen nach Figur 1 zur Herstellung einer FVK-Struktur 1 eingesetzt.
Die Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Lasteinleitungselement 10 mit einem Thermoplast-Formkörper 12 mit teilweise mit einer thermoplastischen Matrix imprägnierten Fasereinleger 1 1. Die Grundfläche 12.1 des Thermoplast-Formkörpers 12 weist vier zylinderförmige Verbindungsfüße 12.3 auf, die jeweils einen Verbund mit imprägnierten Bereichen 1 1 .2 des Fasereinlegers 1 1 bilden. Außerhalb dieser kreisförmigen Bereiche 1 1.2 ist der Fasereinleger 11 , also der Bereich 1 1 .1 ist nicht imprägniert und bildet dort einen Verbund mit der duroplastischen Matrix 3 entsprechend der FVK- Struktur 1 nach Figur 1 . Die Geometrie der imprägnierten Bereiche 1 1 .2 des Fasereinlegers 1 1 können in unterschiedlicher Weise ausgestaltet werden. So sind geometrische Anordnungen unterhalb des Thermoplast-Formkörpers 12 möglich, die sich durch abwechselnde und nebeneinanderliegende Bereiche freiliegender/trockener und imprägnierter Fasern des Fasereinlegers 11 auszeichnen.
Die Geometrie der imprägnierten Bereiche 1 1 .2 des Fasereinlegers 1 1 der Lasteinleitungselemente 10 gemäß den Figuren 2, 4 und 5 sind daher nur beispielhaft.
Bezugszeichen
1 FVK-Struktur
2 Faserstruktur der FVK-Struktur 1
3 duroplastische Matrix der FVK-Struktur 1
10 Lasteinleitungselement
1 1 Fasereinleger, Faserhalbzeug des Lasteinleitungselementes
1 1 .1 nicht imprägnierter Bereich des Fasereinlegers 1 1
1 1 .2 imprägnierter Bereich des Fasereinlegers 1 1
12 Thermoplast-Formkörper des Lasteinleitungselemehtes 10
12.1 Grundfläche des Thermoplast-Formkörper 12
12.2 Ringflansch der Grundfläche 12.1
12.3 Verbindungsfuß des Thermoplast-Formkörpers 12
13 mechanische Schnittstelle, Verbindungselement
14 mechanische Schnittstelle, Verbindungselement

Claims

Patentansprüche
1. FVK-Struktur (1), umfassend mindestens eine in einer duroplastischen Matrix (3) eingebetteten Faserstruktur (2) und mindestens ein Lasteinleitungselement (10),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das Lasteinleitungselement (10) einen Thermoplast-Formkörper (12) aufweist, welcher durch teilweise Imprägnierung eines Fasereinlegers (11) mittels thermoplastischen Spritzguss hergestellt ist, und
- der nicht imprägnierte Bereich (11.1) des auf der Faserstruktur (2) mit dem Thermoplast-Formkörper (12) angeordneten Fasereinlegers ( 1) zusammen mit der Faserstruktur (2) mit der duroplastischen Matrix (3) imprägniert ist.
2. FVK-Struktur (1) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Thermoplast-Formkörper (12) über wenigstens einen imprägnierten Bereich (11.2) des Fasereinlegers (11) einen Verbund mit dem Fasereinelger (11) bildet.
3. FVK-Struktur (1) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Thermoplast-Formkörper (12) über mehrere imprägnierte Bereiche (11.2) des Fasereinlegers (11) einen Verbund mit dem Fasereinleger (Umbildet.
4. FVK-Struktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Bildung einer mechanischen Schnittstelle der Thermoplast- Formkörper (12) ein Verbindungselement (13, 14) aufweist, welches durch Umspritzen bei der Herstellung des Thermoplast-Formkörpers (12) hergestellt ist.
5. FVK-Struktur (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verstärkungsfasern (11) aus textilen Fasern und/oder Metallfasern der Gruppe umfassend ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vlies, ein Geflecht, ein Gewirke und/oder ein Gestricke gebildet sind .
6. FVK-Struktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Thermoplast-Formkörper (12) quaderförmig, kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig und vorzugsweise mit Rippen ausgebildet ist.
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