EP4146469A1 - Verbundbauteil, bauteil, und verfahren zum herstellen eines verbundbauteils - Google Patents
Verbundbauteil, bauteil, und verfahren zum herstellen eines verbundbauteilsInfo
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- EP4146469A1 EP4146469A1 EP21717809.4A EP21717809A EP4146469A1 EP 4146469 A1 EP4146469 A1 EP 4146469A1 EP 21717809 A EP21717809 A EP 21717809A EP 4146469 A1 EP4146469 A1 EP 4146469A1
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- B32B2262/14—Mixture of at least two fibres made of different materials
Definitions
- Various exemplary embodiments relate to a composite component, a component and a method for producing a composite component.
- composite components can have several different structures.
- the structures can, for example, consist of the same material and be designed in different geometric shapes, but have the same geometric shapes but have different materials from one another, or differ from one another both in the material and in the geometric design.
- FRP fiber-plastic composite
- An FRP is a material that has reinforcing fibers, the reinforcing fibers generally being embedded in a plastic matrix. The plastic matrix at least partially surrounds the fibers, so that the fibers are bound to the matrix.
- planar structure made of, for example, planar structure elements that run orthogonally to one another (e.g. a fabric structure having fabric structure elements that run orthogonally to one another), with at least some of the planar structure elements having one or more connecting structures that each extend away from the planar structure for attaching the planar structure to one Component.
- planar structure elements e.g. a fabric structure having fabric structure elements that run orthogonally to one another
- connecting structures that each extend away from the planar structure for attaching the planar structure to one Component.
- the following can be used as a surface structure element (or fabric structure element), for example: a tape, e.g. a flat tape, a wire, e.g.
- a surface structure element can be, for example, a filament or a multifilament.
- a respective surface structure element can, for example, have or consist of a metal material and / or a plastic material (also referred to as polymer material).
- One or more of the connection structures can be connected to the respective surface structure element (in several pieces) and / or formed on the respective surface structure element (in one piece).
- the connecting structures can be designed, for example, in such a way that they are positionally stable relative to the flat structure.
- a planar structure element can be shaped (eg dimensionally stable) in such a way that sections of the planar structure element function as the connecting structures, eg a respective planar structure element can be designed in the form of a two-dimensional dimensionally stable band (eg metal band).
- Some configurations relate to a configuration of a composite component in such a way that the composite component can be attached to a further component in a simple manner by means of connecting structures.
- a planar structure can be integrated in the composite component, the planar structure having, for example, planar structure elements that run orthogonally to one another (e.g.
- connection structures can, for example, be dimensionally stable and stable in position relative to the flat structure.
- a composite component can have the following: a hybrid fabric layer having a first fabric structure and a second fabric structure connected to the first fabric structure, wherein the first fabric structure has fabric structure elements of a first material and wherein the second fabric structure has fabric structure elements of a second material different from the first material; Connection structures which are connected to the first fabric structure and / or which are formed on the first fabric structure, the connection structures each extending at least in sections away from the hybrid fabric layer; and a component which is fastened to the hybrid fabric layer in such a way that at least one section of the component forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures.
- the hybrid fabric layer can be embedded in a first component, and the first component can be fastened to a second component by means of the hybrid fabric layer.
- a composite component can thus have the following: a first component with a hybrid fabric layer, the hybrid fabric layer having a first fabric structure and a second fabric structure connected to the first fabric structure, the second fabric structure being different from the first fabric structure (e.g.
- the first fabric structure can Have fabric structure elements which are made of a different material than fabric structure elements of the second fabric structure); a plurality of connecting structures which are connected to the first fabric structure and / or which are formed on the first fabric structure, the connecting structures each extending away from the hybrid fabric layer; and a second component which is fastened to the first component in such a way that at least one section of the second component forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures.
- a composite component can have the following: a first component having a matrix material and at least one tissue structure embedded in the matrix material; a plurality of connection structures which are connected to the at least one fabric structure and / or which are formed on the at least one fabric structure, wherein the connection structures each extend out of the matrix material; a second component which is fastened to the first component in such a way that at least one section of the second component forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures.
- the matrix material can clearly be understood as a base material in which a tissue structure or another structure can be partially or completely embedded, for example.
- a composite component can have the following: a first component having at least one fabric structure, a second component having at least one section which is formed from a matrix material, and connecting structures which are connected to the at least one fabric structure and / or which are connected to the at least a fabric structure are formed, the connection structures each extending into the second component in such a way that at least one section of the second component forms a form-fit connection and / or a force-fit connection with the connection structures.
- a composite component can have the following: a first component having a first surface, a second surface and a hybrid fabric layer arranged between the two surfaces, the hybrid fabric layer having a first fabric structure and a second fabric structure connected to the first fabric structure, the first fabric structure being fabric structure elements a first material and wherein the second fabric structure has fabric structure elements of a second material different from the first material; Connection structures which are connected to the first fabric structure and / or are formed on the first fabric structure, and which each extend at least up to the first surface and at least up to the second surface; wherein the connection structures each comprise or consist of a metal material for the welding connection (preferably using welding tongs) of the first component with at least one second component by means of the connection structures.
- a method for securing a composite component can have the following: providing a first component having a fabric structure, the fabric structure having fabric structure elements and connecting structures which are connected to the fabric structure and / or which are formed on the fabric structure; Providing a second component, the second component having at least a section made of a matrix material; and fastening the first component and the second component to one another by means of introducing the connection structures into the matrix material.
- the connection structures and / or the matrix material can be heated beforehand at least in sections, for example the matrix material can be a polymer material (for example a thermoplastic) and on a Temperature of more than, for example, 50 ° C, or for example to more than 100 ° C.
- a method for producing a composite component can have the following: providing a first component having a fabric structure, the fabric structure having fabric structure elements and connecting structures made of a metal material, the connecting structures being connected to the fabric structure and / or being formed on the fabric structure; Providing a second component, the second component having at least a portion made of a metal material; and fastening the first component and the second component to one another by means of a material connection (e.g. by means of welding and / or soldering) of the connection structures to the section of the second component.
- a material connection e.g. by means of welding and / or soldering
- a method for producing a composite component can have the following: providing a first component having a fabric structure, the fabric structure having fabric structure elements and connecting structures which are connected to the fabric structure and / or which are formed on the fabric structure; Providing a second component, the second component having a plurality of through holes; and fastening the first component and the second component to one another by introducing the connection structures into the multiple through holes of the second component, and preferably by means of subsequent form-fitting connection (e.g. by rolling or bending over exposed end sections of the connection structures) and / or material-to-material connection (e.g. by means of welding, Soldering, gluing) the connection structures with the second component.
- any other suitable (e.g. textile) flat structure can also be used, according to various embodiments.
- FIGS. 1A to 1H show a composite component in various schematic views, according to various embodiments
- FIGS. 2A and 2B show a hybrid fabric layer in different schematic views, according to different embodiments
- FIGS. 3A and 3B show a component or composite component in various schematic views, according to various embodiments
- FIGS. 4A to 4C show a component or composite component in various schematic views, according to various embodiments
- FIGS. 5A to 5C show a component or composite component in various schematic views, according to various embodiments.
- FIGS. 6 to 8 each show a schematic flow diagram of a method for producing a composite component, according to various embodiments.
- cellular (e.g. metallic) lightweight structures with an arrangement of the structural elements that is advantageous for the development of the mechanical properties.
- metallic lightweight structures are, for example, metal foams or structures formed from wire helices twisted into one another.
- the requirements for such metallic cellular lightweight structures can include the following:
- structures are provided, for example a fabric structure with raised, dimensionally stable and positionally stable connecting elements (also referred to herein as connecting structures), which can be produced in an automated process and can be connected in a simple manner to a metallic or polymer-based component.
- connecting structures also referred to herein as connecting structures
- the fabric structure can be constructed from orthogonally arranged elements (also referred to herein as fabric structural elements), wherein some of the elements can be raised (i.e. protruding from a surface which forms the fabric structure).
- the raised elements are, for example, dimensionally stable and positionally stable connected to the fabric structure or integrated into the fabric structure.
- the raised elements run two-dimensionally, for example, wherein the plane of the run can run parallel to the surface or at any desired angle to the surface.
- the elements can be connected in a form-fitting manner (e.g. by crossing the elements) or materially (e.g. by means of soldering and / or welding).
- the elements of the surface can be arranged at constant or different distances from one another and are positively and / or cohesively connected to one another.
- the elements can consist of textile materials, wires and non-metallic materials.
- the structure can be designed to be self-retaining, wherein the elements can be positionally stable and, in particular, the raised elements can be distinguished by the fact that they are dimensionally stable.
- the properties of the structure can be set in a direction-dependent manner through a corresponding selection of materials and a combination of these.
- the surfaces with raised elements can be or will be connected to other structures or components in particular in a form-fitting manner.
- These include fiber-based materials (e.g. textile surfaces such as woven or non-woven fabrics), fiber-reinforced materials (e.g. organic sheet), metals, plastics (e.g. foils).
- the coupling can take place during the creation process of the surface, that is, process-integrated or downstream of the process. Cohesive (e.g. welding, gluing), non-positive (e.g. pressing) and positive (e.g. textile-technological connection by crossing, creating undercuts) couplings are possible.
- a fully automated production of the structures is possible.
- the mechanical properties of the structure can be adjusted according to requirements and extremely versatile by material variation / combination as well as by variation of the distances.
- structures can be built up from several surfaces arranged one above the other. Automated production of the structures in a modified weaving process may be possible.
- the structures Due to their stability, the structures can be easy to handle and can be further processed in downstream process stages.
- the structures can also be used as lightweight materials and as crash-absorbing elements in machinery, plant and vehicle construction, aerospace technology and medical technology, among other things.
- a relevant property of different structures can be the drapability. Structures with drapability can, for example, still be spatially deformed in a simple manner to a certain extent. In this way, for example, curved attachment points for welding or the like can be created. This cannot easily be possible with conventional sheet metal inserts or other structures without sufficient drapability, for example.
- a surface also referred to herein as a flat structure
- orthogonally arranged elements with dimensionally stable and positionally stable raised elements can be provided, wherein a connection to other structures or components can be produced by means of the raised elements.
- the planar structure described herein (for example a fabric structure or a hybrid fabric structure) with the connecting structures can be used in many ways as a material for structural components or for lightweight construction. Due to its specific structure, the flat structure with the connection structures can be coupled and joined using a variety of commercially available process technology (multi-material approach). The production of the flat structure with the connection structures can be realized in an automated process (for example by means of weaving). The flat structure and the connection structures can be easily handled due to their stability and can be further processed in downstream process stages.
- the structures can be used as lightweight materials and as crash-absorbing elements in, among other things, machine, plant and vehicle construction, aerospace technology and medical technology.
- Various embodiments of a composite component and a corresponding method for producing at least a section of a composite component are described below.
- Fig.lA shows a composite component 100 in a schematic cross-sectional view.
- the composite component 100 can have a fabric layer, for example. This can be designed as a hybrid fabric layer 110, for example. However, instead of the hybrid fabric layer described below, any other suitable flat textile structure can also be used in the same or a similar manner.
- a hybrid fabric layer 110 can, for example, have several fabric structures that differ from one another, for example a first fabric structure 112a and a second fabric structure 112b connected to the first fabric structure 112a.
- the first fabric structure 112a can be formed from fabric structure elements of a first type, for example comprising or consisting of a first material
- the second fabric structure 112b can be formed from fabric structure elements of a second type, for example having or consisting of a second material (e.g. be woven).
- the first material e.g. a metal material
- the second material e.g. a polymer material, a carbon-based material, or a natural fiber.
- connection between the two fabric structures 112a, 112b can be a textile-technical connection, e.g. fabric structure elements of different types can be woven into a common fabric structure.
- the two fabric structures 112a, 112b can be or be attached to one another by means of an adhesive material (e.g. an adhesive).
- the composite component 100 can have connection structures 120.
- the connecting structures 120 can, for example, be connected to the first fabric structure 112a of the hybrid fabric layer 110 and / or be formed on the first fabric structure 112a of the hybrid fabric layer 110.
- components of the first fabric structure 112a can themselves form the connection structures 120.
- the connecting structures 120 extend away from the first fabric structure 112a, but not through those of the first fabric structure 112a.
- the connection structures 120 can, for example, be integrated into the first fabric structure 112a during the production process or attached to it in order to form an integral unit from elements of the first fabric structure 112a and the connection structures 120.
- the connection structures 120 can each extend away from the hybrid fabric layer 110.
- connection structures 120 are clearly designed in such a way that the hybrid fabric layer 110 can be connected to a further structure (for example a component).
- the composite component 100 can have a component 130.
- the component 130 can be designed in any way, for example the component 130 can be any shaped metal sheet, any shaped organic sheet, etc., be.
- a material of the connecting structures 120 can be selected such that it can be connected more efficiently to the component 130 than the material of the hybrid fabric layer 110 or the material of the first fabric structure 112a and / or the second fabric structure 112b.
- connecting structures 120 are formed by fabric structural elements of the first fabric structure 112a themselves (for example, the first fabric structure 112 and the connecting structures 120 are then formed in one piece), a material of the fabric structural elements of the first fabric structure 112a can be selected such that they are more efficiently connected to the component 130 can be used as the material of the second fabric structure 112b.
- the component 130 is fastened to the hybrid fabric layer 110 in such a way that at least one section of the component 130 forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures 120.
- the fabric structural elements of the first fabric structure 112a or at least the connecting structures 120 can be made from a metal material be, so that based on the fabric structure elements of the first fabric structure 112a or at least the connection structures 120, a welded and / or soldered connection to the component 130 can be produced.
- the second fabric structure 112b is, for example, also suitably connected to the first fabric structure 112a, for example by means of a textile-technical form-fit connection (e.g. a woven connection), the second fabric structure 112b can thus also be efficiently connected to the component 130 by means of the first fabric structure 112a and the connecting structures 120 be or will be attached.
- the component 130 has or consists of a polymer, glass and / or ceramic material, for example, and the second fabric structure 112b is formed from metal fabric structural elements
- the fabric structural elements of the first fabric structure 112a or at least the connecting structures 120 can consist of one Polymer material, so that based on the fabric structure elements of the first fabric structure 112a or at least the connection structures 120, an adhesive connection to the component 130 can be produced.
- the second fabric structure 112b is, for example, also suitably connected to the first fabric structure 112a, for example by means of a textile-technical form-fitting connection (for example a woven connection), a second fabric structure 112b can thus also be efficiently connected by means of of the first fabric structure 112a and the connecting structures 120 can be or will be attached to the component.
- a textile-technical form-fitting connection for example a woven connection
- the component 130 has or consists of a polymer material (e.g. a thermoplastic), for example, and the second fabric structure 112b is formed from polymer, glass, or ceramic fabric structural elements
- the fabric structural elements of the first fabric structure 112a or at least the connecting structures 120 can be made from a metal material, so that based on the fabric structure elements of the first fabric structure 112a or at least the connection structures 120, a frictional connection to the component 130 can be established.
- the connection structures 120 can be pressed into the material (e.g. into a polymer material) of the component 130, for example.
- the second fabric structure 112b is, for example, also suitably connected to the first fabric structure 112a, for example by means of a textile-technical form-fit connection (e.g. a woven connection), a second fabric structure 112b can thus also be efficiently connected to the component by means of the first fabric structure 112a and the connecting structures 120 be or will be attached.
- a textile-technical form-fit connection e.g. a woven connection
- the hybrid fabric layer 110 can at least partially be embedded in a material 140 (clearly in a base material or matrix material, for example in a polymer material, in a ceramic material, in glass, etc.), as in FIG. 1B in a schematic view is shown.
- a first component 150 (comprising the hybrid fabric layer 110 and an embedding material) can thus clearly be attached to a second component 130 by means of the connecting structures 120.
- the connecting structures 120 can be formed by the first fabric structure 112a and thus be part of the hybrid fabric layer 110, which is embedded in the embedding material.
- a composite component 100 can clearly have the following: a first component 150 with a hybrid fabric layer 110, the hybrid fabric layer 110 having a first fabric structure 112a and a second fabric structure 112b connected to the first fabric structure, the second fabric structure 112b being different is from the first fabric structure 112a (eg, the first fabric structure may have fabric structural elements made of a different material than the fabric structural elements of the second fabric structure); a plurality of connecting structures 120 which are connected to the first fabric structure 112a and / or which are formed on the first fabric structure 112a, the connecting structures 120 each extending away from the hybrid fabric layer 110 (for example in the direction of a second component 130); and a second component 130, which is fastened to the first component 150 in such a way that at least a portion of the second component 130 has a form-fit connection, a Forms a frictional connection and / or a material connection with the connection structures 120.
- the plurality of connection structures 120 can be formed as elements belonging to the first fabric structure 112a.
- the plurality of connection structures 120 can be components of the first fabric structure 112a.
- the plurality of connection structures 120 can be materially connected to elements of the first fabric structure 112a.
- the plurality of connection structures 120 can be connected to elements of the first fabric structure 112a by means of gluing or welding.
- connection structures 120 protrude beyond a surface of the first component 150, so that a connection to the second component 130 is possible in a simple manner.
- connection structures 120 extend to the surface of the first component 150 and there, for example, are flush with the surface of the first component 150. It can clearly be sufficient if the connection structures 120 are at least partially exposed with respect to the first component 150, so that the second component 130 can be connected to them, as is illustrated in FIG.
- the material 140 in which the hybrid fabric layer 110 is embedded can comprise or be, for example, a polymer material, a ceramic material, glass, or another suitable material.
- a fabric layer can also have one or more hybrid fabric layers 110 only in sections.
- FIGS. 2A and 2B show two views of a hybrid fabric layer 110, the connecting structures 120 being formed in that the hybrid fabric layer 110 has correspondingly two-dimensionally preformed (dimensionally stable) fabric structure elements (clearly as a first fabric structure 112a), with sections of the two-dimensionally preformed ( dimensionally stable) fabric structure elements can act as the connecting structures 120.
- the hybrid fabric layer 110 or the two fabric structures can define a fabric surface which has a warp direction and a weft direction, each running perpendicular to a thickness direction 101d.
- the fabric structures 112a, 112b of the hybrid fabric layer 110 can define a fabric surface, wherein the connecting structures 120, which are created by means of the integration of the first fabric structure 112a, are, for example, integral components of the first fabric structure 112a, into which the second fabric structure 112b is connected to the hybrid fabric layer 110, extend in a direction transverse or perpendicular to the fabric surface, ie are clearly directed away from the fabric surface.
- connection structures 120 can have different shapes, although it should be ensured that a desired connection to a further component or to a further structure can be established by means of this.
- the connecting structures 120 can have an arc shape or be arc-shaped (or also wave-shaped), as is illustrated in FIG. 1D.
- the respective connection structure 120 can start from the first fabric structure 112a and go back into the first fabric structure 112a. If the hybrid fabric layer 110 is fastened to a component 130 by means of the connecting structures 120, at least a section of the respective connecting structure 120 can be embedded in a material of the component 130 or connected to a material of the component 130 in a materially bonded manner.
- connection structures 120 can have a curved or a straight shape, as is illustrated in FIG. 1E or in FIG. 1A.
- the respective connecting structure 120 can start from the first fabric structure 112a and not go back into the first fabric structure 112a.
- the respective connection structure 120 can have a free end section. If the hybrid fabric layer 110 is fastened to a component 130 by means of the connecting structures 120, at least the free end sections can be embedded in a material of the component 130 or connected to a material of the component 130 in a materially bonded manner.
- connection structures 120 may have an angled or folded shape, as illustrated in FIG. 1F.
- the respective connecting structure 120 can start from the first fabric structure 112a and go back into the first fabric structure 112a.
- the connecting structures can, for example, also be a helix (e.g. a helical compression spring), which can be connected to the fabric structure by means of fabric structure elements (e.g. warp threads). Pipes or rods can also be suitable as connecting structures.
- connection structures 120 can be embedded in a material of the component 130 or be connected to a material of the component 130 in a materially bonded manner.
- the shape, the height, the arrangement, the number per length or area, the material and / or other properties of the connection structures 120 can be adapted to the component 130 in accordance with the desired connection.
- a form-fit connection can be established between the connection structures 120 and a component 130, in which the component 130 is or will be provided with a plurality of through openings.
- the plurality of through openings are configured, for example, to match the connecting structures 120 such that the respective connecting structures 120 can extend through respective through openings in the component 130, so that at least one form-fit connection is formed.
- connection structures 120 that protrudes through the component 130 can also be bent or rolled, for example, as is shown in a schematic view in FIG. 1H, so that the connection structures 120 cannot be pulled out of the through-openings again.
- the connecting structures 120 and the component 130 have a metal material, they can also be additionally soldered and / or welded to one another after being bent or rolled over. Soldering and / or welding can also be used to connect the connection structures 120 to the component 130 if the connection structures 120 are not bent or rolled over, if the connection structures 120 only partially extend into the through openings, or if the connection structures 120 are flush with them the surface 130a of the component 130, which faces away from the connection structures 120, terminate.
- At least one fabric structure 112a can be attached to the component 130.
- a hybrid fabric layer 110 can be attached to the component 130 by means of at least one fabric structure 112a (the connecting structures 120 coupled thereto).
- a first component 150 in which the fabric structure 112a is at least partially integrated, can be attached to a second component 130 by means of at least one fabric structure 112a (the connecting structures 120 coupled thereto).
- FIG. 2A shows a hybrid fabric layer 110 and a connecting structure 120 in an exemplary illustration.
- the connecting structure 120 can be part of a fabric structure element (eg a tape) 212a of a first fabric structure 112a of a hybrid fabric layer 110.
- a section 220 of the fabric structure element 212a can clearly form or be the connection structure 120.
- a portion 220 of the fabric structure element 212a, which the Connecting structure 120 is intended to form extend out of the hybrid fabric layer 110, for example one or more millimeters or up to one or more centimeters.
- the respective fabric structure element 212a of the first fabric structure 112a can, according to various embodiments, be or will be coupled into the second fabric structure 112b of the hybrid fabric layer 110 in sections in a form-fitting, fiber-based / weave-based manner.
- the textile-technical connection of the fabric structure elements of the two fabric structures 112a, 112b can take place, for example, during the production of the hybrid fabric layer 110 by means of weaving.
- loop-forming methods such as knitting, warp-knitting, crocheting and / or needle binding can be used for the textile-technical connection of the two fabric structures 112a, 112b to one another.
- the hybrid fabric layer 110 can be configured, for example, in such a way that the first fabric structure 112a is different from the second fabric structure 112b.
- they can have a different structural structure (for example with regard to at least one of the following aspects: the fiber density, the fabric width, the fabric length, the fabric thickness, and / or the type of weave).
- they can have different types of fibers and / or fiber materials (e.g. different types of fibers and / or fiber materials for the warp thread system and / or the weft thread system).
- the hybrid fabric layer 110 or the two fabric structures 112a, 112b can define a warp direction 101k and a weft direction 101s.
- the two fabric structures 112a, 112b can be formed in a common weaving process by means of a weaving device.
- the fabric structure element 212a of the first fabric structure 112a which forms the connecting structure 120, can extend along the warp direction 101k. This enables, for example, the efficient formation of a textile-technical connection of the respective fabric structure elements 212a of the first fabric structure 112a with the second fabric structure 112b.
- a respective fabric structure element 212a of the first fabric structure 112a which has or forms the connection structure 120, can extend along the weft direction 101s.
- At least some fabric structure elements 212a of the first fabric structure 112 can be kinked several times or have several kink areas in which the respective fabric structure element 212a (for example the metal strip) is kinked. Accordingly, kink edges 212k are formed in the respective fabric structure element 212a.
- the kink edges 212k can run parallel or obliquely to the warp direction 101k and / or parallel or obliquely to the weft direction 101s.
- a form-fit connection can be formed between one or more fabric structure elements 212a of the first fabric structure 112a and one or more fabric structure elements (eg the warp threads 216 and / or the weft threads 214) of the second fabric structure 112b.
- the hybrid fabric layer 110 or the fabric structures 112a, 112b can each be produced by means of a suitable filament or by means of a plurality of suitable filaments.
- an adhesive connection can be formed between the two fabric structures 112a, 112b.
- each of the plurality of fabric structure elements 212a of the first fabric structure 112a can comprise or consist of a material which makes the fabric structure element 212a rigid.
- some or all of the fabric structure elements of the first fabric structure 112a can be formed from a metal material.
- the fabric structure elements of the second fabric structure 112b can for example be formed from a fiber material, for example comprising plant fibers, aramid fibers, carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers and / or other suitable fibers.
- a fabric structure element of the first fabric structure 112a, for providing the connection structures 120 can be set up in such a way that it can be brought into a stable, multidimensional shape by means of multiple kinks.
- the multidimensional shape defined by means of the kink edges 212k can define, for example, a height 201a up to which the connecting structures 120 protrude beyond the hybrid fabric layer 110.
- the hybrid fabric layer 110 including the connecting structures 120 can be integrated into a component 150 in such a way that one or more sections 220 of the fabric structure elements 212a of the first fabric structure 112a are at least partially exposed.
- the first fabric structure 112a can have only one of the two, warp threads (as illustrated in FIGS. 2A and 2B, or alternatively weft threads in the same or in a similar configuration Weft threads of the second fabric structure 112b completed In an identical or similar manner, the first fabric structure 112a can have both warp threads and weft threads.
- the fabric structural elements are also referred to herein as threads, regardless of their nature. Whereby thread shapes of the same type that run parallel to one another are referred to as a thread system.
- the hybrid fabric layer 110 can be formed from one or more warp thread systems and from one or more weft thread systems.
- the first fabric structure 112a can be formed from one or more warp thread systems and / or from one or more weft thread systems.
- the second fabric structure 112b can be formed from one or more warp thread systems and / or from one or more weft thread systems.
- a component having a matrix material the component to be attached to a further component.
- the component can have a material that cannot be easily attached to the further component, for example the component can have or consist of a ceramic and the further component can have or consist of a metal material, so that, for example, a simple connection the components (e.g. by welding, soldering, or a form / force fit) is not possible.
- a fabric structure can be or will be integrated into the component, so that the two components can be connected to one another by means of connecting structures, the connecting structures being connected to the fabric structure and / or being formed on the at least one fabric structure, and the connecting structures each extend out of the material of the component or are exposed in such a way that the component can be attached to the further component by means of the connecting structures.
- FIG. 3A shows schematically a first component 300a, which can be connected to a second component 300b to form a composite component 300, as is shown schematically in FIG. 3B, for example.
- the first component 300a can for example have or consist of a matrix material 340 and at least one tissue structure 312 embedded in the matrix material 340. Furthermore, the first component 300a can have connection structures 320 which are connected to the tissue structure 312 and / or which are formed on the tissue structure 312 are, wherein the connection structures 320 are at least partially free of the matrix material.
- connection structures 320 can for example each extend out of the matrix material 340 or be exposed on a surface 340a of the matrix material 340 or of the first component 300a.
- the fabric structure 312 integrated into the first component 300a can be configured as described for the first fabric structure 112a or for the hybrid fabric layer 110 of the composite component 100.
- the connecting structures 320 that are connected to the fabric structure 312 or that are formed by the fabric structure 312 can be configured as described for the connecting structures 120 of the composite component 100.
- the second component 300b can for example be fastened to the first component 300a in such a way that at least one section of the second component 300b forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures 320.
- connection structures 320 can comprise or consist of a metal material. If the connecting structures 312 are formed by one or more fabric structure elements of the fabric structure, the one or more fabric structure elements can comprise or consist of a metal material.
- the matrix material 340 of the first component 300a can, for example, comprise or consist of at least one of the following materials: a polymer; a ceramic; Carbon;
- the second component 300b or at least the at least one section of the second component which forms the form-fit connection, the force-fit connection and / or the material connection with the connection structures 320 can, for example, comprise or consist of at least one of the following materials: a metal material; a polymer material; a ceramic material; Glass.
- the matrix material 340 of the first component 300a can be a ceramic material or a glass
- the second component 300b can comprise or consist of a metal material
- the connection structures 320 can comprise a metal material in order to connect the first component 300a by means of welding, soldering or the like attached to the second component 300b.
- a choice of material for the connection structures 320 enables an adaptation of the connectability of two components to one another.
- connection of the fabric structure 312 to a component 300b can take place in such a way as is described herein, for example, for the connections between the first fabric structure 112a or the hybrid fabric layer 110 and the component 130.
- FIG. 4A schematically shows a first component 400a, which can be connected to a second component 400b to form a composite component 400, as is shown schematically in FIG. 4B, for example.
- the first component 400a can have at least one fabric structure 412.
- the at least one fabric structure 412 can be configured, for example, like the previously described first fabric structure 112a, the hybrid fabric layer 110, or the fabric structure 312.
- the second component 400b can have at least one section that is formed from a polymer material or another suitable material be formed from a polymer material or polymer-containing composite material.
- the connecting structures 420 which are connected to the at least one fabric structure 412 and / or which are formed on the at least one fabric structure 412, can be pressed into the second component 400b to connect the two components 400a, 400b to one another, or are pressed into the second component 400b in such a way that a Form-fit connection and / or a force-fit connection is formed.
- the connecting structures 420 can, for example, be dimensionally stable, for example formed from a metal material, from a rigid plastic, and / or a rigid composite material.
- the polymer material of the second component can be, for example, a thermoplastic, in which case the polymer material can be heated, for example, in order to make it easier for the connecting structures 420 to be pressed into it.
- connection structures 420 can be shaped in such a way that they each form a receiving area 420a in which polymer material of the second component 400b can be received in order to produce an efficient form-fit connection, as is shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 4C, for example.
- the connecting structures 420 can, for example, have an arcuate design and the polymer material of the second component 400b can flow laterally into the receiving area 420a below the arc when the fabric structure 412 is pressed into the polymer material.
- FIG. 5A schematically shows a first component 500a, which can be connected to a second component 500b to form a composite component 500, as is shown schematically in FIG. 5B, for example.
- the first component 500a can have, for example, a first surface 502a and a second surface 502b, the two surfaces 502a, 502b being opposite one another.
- At least one fabric structure 512 can be arranged between the two surfaces 502a, 502b of the first component 500a (for example a single fabric structure, several fabric structures, a hybrid fabric layer, etc.).
- the first component 500a or the composite component 500 can have a plurality of connection structures 520 which are connected to the at least one fabric structure 512 and / or are formed on the at least one fabric structure 512.
- the first component 500a or the connection structures 520 can be configured in such a way that they each extend at least up to the first surface 502a and at least up to the second surface 502b of the first component 500a.
- connection structures 520 can each comprise or consist of a metal material for the technical welding connection (preferably using welding tongs 555) of the first component 500a with at least one second (e.g. metallic) component 500b by means of the connection structures 520, as in FIGS. 5B and 5C each is shown by way of example.
- the at least one fabric structure 512 can, for example, be configured in the same or similar manner as the first fabric structure 112a described herein, the hybrid fabric layer 110, the fabric structure 412, or the fabric structure 412.
- the connecting structures 520 of the composite component 500 can be configured in the same or similar manner as described herein for connection structures 120, 220, 320, 420.
- the first component 500a can, for example, also be designed as a hybrid fabric layer, this having a first fabric structure, a second fabric structure and a third fabric structure arranged between the first fabric structure and the second fabric structure, the three fabric structures (e.g. textile, preferably weaving) being connected to one another .
- the two outer fabric structures in this case the first fabric structure and the second fabric structure, can be made of a metal material or at least have a metal material and can be connected to one another in an electrically conductive manner.
- the hybrid fabric layer 500a can thus be connected by welding to at least one further component 500b by means of welding tongs 555.
- the method 600 for producing a composite component can for example have the following: in 610, providing a first component having a fabric structure and connection structures, the connection structures being connected to the fabric structure and / or being formed on the fabric structure; in 620, providing a second component, the second component having at least a portion of a matrix material (eg a polymer material); and, in 630, fastening the first component and the second component to one another by means of introducing (eg by means of pressing or casting) the connection structures into the matrix material.
- a matrix material eg a polymer material
- FIG. 7 shows a schematic flow diagram of a method 700 for producing a composite component, for example one of the composite components described herein, according to various embodiments.
- the method 700 for producing a composite component can for example have the following: in 710, providing a first component having a fabric structure and connection structures made of a metal material, wherein the connection structures are connected to the fabric structure and / or are formed on the fabric structure; in 720, providing a second component, the second component including at least a portion of a metal material; and, in 730, attaching the first component and the second component to one another by materially joining (e.g. by welding and / or soldering) the connection structures to the portion of the second component.
- FIG. 8 shows a schematic flow diagram of a method 800 for producing a composite component, for example one of the composite components described herein, according to various embodiments.
- the method 800 for producing a composite component can for example have the following: in 810, providing a first component having a fabric structure and connection structures which are connected to the fabric structure and / or which are formed on the fabric structure; in 820, providing a second component, the second component having a plurality of through holes; and, in 830, fastening the first component and the second component to one another by introducing the respective connection structures into the multiple through holes of the second component, and preferably by means of subsequent form-fitting connection (e.g. by means of rolling or generally by means of buckling) and / or material connection (e.g. by means of Welding, soldering, gluing, etc.) of the connection structures with the second component.
- subsequent form-fitting connection e.g. by means of rolling or generally by means of buckling
- material connection e.g. by means of Welding, soldering, gluing, etc.
- Example 1 is a composite component, comprising: hybrid fabric layer having a first fabric structure and a second fabric structure connected to the first fabric structure, the first fabric structure being different from the second fabric structure; a plurality of connecting structures which are connected to the first fabric structure and / or which are formed on the first fabric structure, the connecting structures each extending away from the hybrid fabric layer; and a component which is fastened to the hybrid fabric layer in such a way that at least one section of the component forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures.
- the composite component according to example 1 can optionally have the first fabric structure and the second fabric structure connected to one another by means of a form-fit connection, preferably by means of a textile-technical connection (e.g. a woven connection).
- a form-fit connection preferably by means of a textile-technical connection (e.g. a woven connection).
- the composite component according to example 1 or 2 can optionally have that the first fabric structure has a plurality of first fabric structure elements and that the second fabric structure has a plurality of second fabric structure elements.
- the first fabric structure elements can have a different material than the second fabric structure elements.
- the first fabric structure elements can, for example, comprise or consist of a metal material.
- the second fabric structure elements can, for example, have or consist of a polymer material, glass, ceramic, carbon, and / or a natural material (e.g. cotton, wool, etc.).
- the first fabric structure elements can, for example, have or consist of metal fibers or metal filaments.
- the second fabric structure elements can, for example, have or consist of polymer fibers or polymer filaments, glass fibers, ceramic fibers, carbon fibers, and / or natural fibers.
- the composite component according to one of examples 1 to 3 can optionally have the hybrid fabric layer being at least partially embedded in a polymer material.
- the composite component according to example 4 can optionally have that at least a section of the respective connection structures is free of the polymer material or is not embedded in the polymer material.
- the respective connection structures are only partially embedded in the polymer material, for example, and / or a section of the respective connection structures can extend out of the polymer material.
- the composite component according to one of examples 1 to 5 can optionally have the first fabric structure and / or the second fabric structure each forming at least one warp system and at least one weft system of the hybrid fabric layer.
- the composite component according to one of examples 1 to 5 can optionally have the first fabric structure having at least one warp system and / or at least one weft system; and / or that the second fabric structure has at least one warp system and / or at least one weft system.
- the composite component according to one of examples 1 to 7 can optionally have the first fabric structure having at least one multi-dimensional warp system and / or at least one multi-dimensional weft system.
- a multi-dimensional thread system e.g. a warp system or a weft system
- threads also referred to as fabric structural elements
- the composite component according to one of examples 1 to 8 can optionally have the first fabric structure having a warp system and / or at least one weft system with a two-dimensional thread shape extending outside the warp plane or the weft plane.
- a thread that has a two-dimensional thread shape can for example have one or more first thread sections which extend in a first direction and one or more second thread sections which extend in a second direction different from the first direction.
- the composite component according to one of examples 1 to 9 can optionally have at least some fabric structure elements (or threads) of the first fabric structure configured in such a way that several sections of a fabric structure element each extend away from the hybrid fabric layer and thus form the connecting structures.
- the composite component according to one of examples 1 to 10 can optionally have that the component has or consists of a metal material, that the connection structures have or consist of a metal material.
- the component can be connected to the connection structures by means of a welded connection and / or by means of a soldered connection.
- a metal material can for example comprise or be: one or more metals, a metal alloy, an intermetallic compound.
- the composite component according to one of examples 1 to 10 can optionally have that the component has or consists of a metal material, that fabric structural elements of the first fabric structure have or consist of a metal material, and that connecting sections of the fabric structural elements of the first fabric structure form the connecting structures.
- the component can be connected to the connecting sections of the fabric structure elements of the first fabric structure, for example, by means of a welded connection and / or by means of a soldered connection.
- the composite component according to one of examples 1 to 12 can optionally have the component having a plurality of through openings.
- the plurality of through openings can extend, for example, from a first surface of the component, which faces the hybrid fabric layer, to a second surface of the component opposite the first surface.
- the through openings can, for example, be or can be provided to match the connection structures in such a way that in each case at least one of the connection structures can extend through an associated through opening in the component.
- at least one form-fit connection can be or will be formed.
- the composite component according to one of examples 1 to 13 can optionally have fabric structure elements of the first fabric structure comprising or consisting of a metal material.
- the composite component according to one of examples 1 to 14 can optionally have fabric structural elements of the second fabric structure having or consisting of at least one of the following materials: a polymer; a ceramic; Carbon; Glass.
- the composite component according to one of examples 1 to 15 can optionally have fabric structure elements of the first fabric structure perpendicular to their longitudinal extent having an angular cross section or an oval cross section.
- the angular cross section can have a number of 2 to 8 corners, for example.
- the fabric structure elements can have or be flat wires or flat strips.
- the composite component according to one of examples 1 to 16 can optionally have at least some fabric structure elements of the first fabric structure being designed to be dimensionally stable.
- the composite component according to one of examples 1 to 17 can optionally have at least some fabric structure elements of the first fabric structure being designed to be dimensionally stable.
- the fabric structure elements can be designed in such a way that they have a preferred shape and, if they are deflected from this preferred shape, return resiliently into them.
- the composite component according to one of examples 1 to 18 can optionally have at least some fabric structure elements of the first fabric structure having multiple end sections which, starting from the respective fabric structure element, extend away from the hybrid fabric layer and thus form the connecting structures.
- Example 20 is a composite component, comprising: a first component comprising a matrix material and at least one tissue structure embedded in the matrix material; a plurality of connecting structures which are connected to the at least one fabric structure and / or which are formed on the at least one fabric structure, the connecting structures being at least partially free of the matrix material; and a second component which is fastened to the first component in such a way that at least one section of the second component forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures.
- the connection structures can, for example, each extend out of the matrix material or can be exposed on a surface of the matrix material or of the first component.
- the composite component according to example 20 can optionally have that the matrix material has or is at least one of the following materials: a polymer; a ceramic; Carbon; Glass.
- the composite component according to example 20 or 21 can optionally have at least some fabric structure elements of the fabric structure and / or at least some of the connecting structures include or consist of a metal material.
- Example 23 is a composite component, comprising: a first component comprising at least one fabric structure, a second component comprising at least one section which is formed from a polymer material, and a plurality of connecting structures which are connected to the at least one fabric structure and / or which are connected to the at least a fabric structure are formed, the connection structures each extending into the second component in such a way that the at least one section of the second component forms a form-fit connection and / or a force-fit connection with the connection structures.
- the composite component according to example 23 can optionally have the connection structures being shaped in such a way that they each form a receiving area in which polymer material of the at least one section of the second component is received in order to produce the form-fit connection.
- Example 25 is a composite component comprising: a first component having a first surface, a second surface, and a fabric structure disposed between the two surfaces; and a plurality of connection structures which are connected to the fabric structure and / or are formed on the fabric structure, and which each extend at least up to the first surface and at least up to the second surface; whereby the connection structures each comprise or consist of a metal material for welding connection (preferably using welding tongs) of the first component with at least one second metallic component by means of the connection structures.
- Example 26 is a hybrid fabric layer comprising: a first fabric structure, a second fabric structure and a third fabric structure arranged between the first fabric structure and the second fabric structure, the three fabric structures (e.g. textile, preferably weaving) being connected to one another, and the first fabric structure and the second fabric structure are made of a metal material or at least have a metal material, and are electrically conductively connected to one another.
- the three fabric structures e.g. textile, preferably weaving
- Example 27 is a hybrid fabric layer comprising: a first fabric structure, a second fabric structure, wherein the second fabric structure is formed such that one or more first sections of the second fabric structure are arranged over a first side of the first fabric structure and that one or more second sections of the second Fabric structure are arranged over a second side of the first fabric structure opposite the first side, the two fabric structures (e.g. textile, preferably weaving) being connected to one another, and the second fabric structure being made of a metal material or at least one metal material.
- the two fabric structures e.g. textile, preferably weaving
- Example 28 is a method for producing a composite component, the method comprising: providing a first component having a woven structure and connecting structures, wherein the connecting structures are connected to the woven structure and / or are formed on the woven structure; Providing a second component, wherein the second component has at least a portion made of a polymer material; and fastening the first component and the second component to one another by means of introducing the connecting structures into the polymer material.
- Example 29 is a method for producing a composite component, the method comprising: providing a first component having a woven structure and connecting structures made of a metal material, the connecting structures being connected to the woven structure and / or being formed on the woven structure; Providing a second component, the second component having at least a portion made of a metal material; and fastening the first component and the second component to one another by means of a material connection (welding and / or soldering) of the connection structures to the section of the second component.
- a material connection welding and / or soldering
- Example 30 is a method for producing a composite component, the method comprising: providing a first component having a woven structure and connecting structures which are connected to the woven structure and / or which are formed on the woven structure; Providing a second component, the second component having a plurality of through holes having; and fastening the first component and the second component to one another by introducing the respective connection structures into the multiple through holes of the second component, and preferably by means of subsequent positive connection (e.g. by means of rolling or kinking) and / or material connection (e.g. by means of welding, soldering, gluing) the connection structures with the second component.
- subsequent positive connection e.g. by means of rolling or kinking
- material connection e.g. by means of welding, soldering, gluing
- Example 31 is a composite component comprising: a fabric ply having a fabric structure; a plurality of connecting structures which are connected to the fabric structure and / or which are formed on the fabric structure, the connecting structures each extending away from the fabric layer; and a component which is fastened to the fabric layer in such a way that at least one section of the component forms a form-fit connection, a force-fit connection and / or a material connection with the connection structures.
- the composite component according to example 31 can optionally have the fabric layer being designed as a hybrid fabric layer and furthermore having at least one further fabric structure connected to the fabric structure, the fabric structure being different from the at least one further fabric structure.
- the composite component according to example 31 can optionally have the fabric structure of the fabric layer being connected in sections to at least one further fabric structure, the fabric structure being different from the at least one further fabric structure.
- the composite component according to one of examples 31 to 33 can optionally have the fabric layer or at least the fabric structure being at least partially embedded in a matrix material.
- the composite component according to example 34 can optionally have that at least the fabric layer and the matrix material form a basic component (clearly a first component) which is connected to the component (clearly a second component).
- the composite component according to example 34 or 35 can optionally have that at least a section of the respective connection structures is free of the matrix material or is not embedded in the matrix material.
- the composite component according to one of examples 34 to 36 can optionally have the matrix material having at least one of the following: a polymer material, an elastomer, a metal material, a ceramic material, a duromer, plaster of paris, concrete, a foam material.
- the composite component according to one of examples 31 to 37 can optionally have the fabric structure having a warp system and / or at least one weft system with a two-dimensional thread shape extending outside the warp plane or the weft plane.
- the composite component according to one of examples 31 to 38 can optionally have at least some fabric structure elements of the fabric structure configured in such a way that several sections of a fabric structure element each extend away from the fabric layer and thus form the connecting structures.
- the composite component according to one of examples 31 to 39 can optionally have that the component has or consists of a metal material, that the connection structures have or consist of a metal material, and that the component has a welded connection and / or a soldered connection the connection structures is connected.
- the composite component according to one of examples 31 to 40 can optionally have the component having a plurality of through openings which are provided to match the connection structures in such a way that the respective connection structures can extend through respective through openings in the component, so that at least one form-fit connection is formed.
- the composite component according to one of examples 31 to 41 can optionally have fabric structure elements of the fabric structure perpendicular to their longitudinal extension having an angular cross-section or an oval cross-section, preferably being designed in the form of a band.
- the composite component according to one of examples 31 to 42 can optionally have that at least some fabric structure elements of the fabric structure are designed to be dimensionally stable.
- Example 44 is a composite component comprising: at least one fabric structure, a component having at least one section which is formed from a matrix material, and connecting structures which are connected to the at least one fabric structure and / or which are formed on the at least one fabric structure, wherein the connection structures each extend into the component in such a way that the at least one section of the component forms a form-fit connection and / or a force-fit connection with the connection structures.
- the composite component according to example 44 can optionally have the matrix material of the component having at least one of the following: a polymer material, an elastomer, a metal material, a ceramic material, a duromer, plaster of paris, concrete, a foam material.
- Example 46 is a component comprising: a fabric layer formed from fabric structure elements which are positively connected to one another, with each adjacent fabric structure elements of the fabric layer being at a first distance from one another, and with at least some of the fabric structure elements being shaped in such a way that they each form a plurality of connecting sections, which extend away from the fabric ply for connecting the fabric ply to a component, each adjacent connecting sections of the plurality of connecting sections having a second spacing from one another which is greater than the first spacing.
- the component according to example 46 can optionally have the connection sections and / or the fabric structure elements in metal material or a fiber composite material or consist thereof.
- the connecting sections can be designed to be dimensionally stable, so that they can be pressed into a matrix material, for example, to make a connection to a component which has or consists of the matrix material into which the connecting sections can be pressed.
- the component according to example 46 or 47 can optionally have the fabric structure elements being designed in the form of a strip.
- the component according to one of examples 46 to 48 can optionally have the connecting sections being formed in that the respective (e.g. band-shaped) fabric structure elements are kinked and / or bent several times.
- the component according to one of examples 46 to 49 can optionally have that at least the fabric structure elements which form the respective connecting sections are dimensionally stable.
- the component according to one of examples 46 to 50 can optionally have the fabric layer being an FHybrid fabric layer, the fabric structure elements being part of a first fabric structure and the FHybrid fabric layer having at least one further fabric structure.
- a composite component can, for example, be a component or a structure with at least two components (e.g. with a Tissue structure and a component, with a first component and a second component, etc.) are understood, which are connected to one another.
- Connection structures as described herein can, for example, be components of the first fabric structure.
- Connecting elements can, for example, already be integrated into the first fabric structure during the production thereof, e.g. the connecting elements can be sections of elongated elements (e.g. threads, tapes, etc.) from which the first fabric structure is formed, e.g. the connecting elements with elongated elements ( e.g. threads, tapes, etc.), from which the first fabric structure is formed, must be physically connected (e.g. glued, welded, etc.).
- the connection structures can only extend away from the first fabric structure on one side, starting from the first fabric structure. In some aspects, the connection structures may not extend through the first fabric structure. It goes without saying that functions, structural configurations, material properties, etc., which are described herein with reference to a composite material, can also be implemented in the same way in a corresponding manufacturing method and vice versa.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
Abstract
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) aufweisen: eine Gewebelage aufweisend eine Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512); Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520), welche mit der Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512) verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512) ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) jeweils von der Gewebelage weg erstrecken; und ein Bauteil (130, 300b, 400b, 500b), welches derart an der Gewebelage (110) befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des Bauteils (130, 300b, 400b, 500b) eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) bildet.
Description
Verbundbauteil, Bauteil, und Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein Verbundbauteil, ein Bauteil und ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils.
Im Allgemeinen können Verbundbauteile mehrere voneinander verschiedene Strukturen aufweisen. Die Strukturen können beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen und in verschiedenen geometrischen Formen ausgestaltet sein, die gleichen geometrischen Formen jedoch voneinander verschiedene Materialien aufweisen, oder sich sowohl in dem Material als auch in der geometrischen Ausgestaltung voneinander unterscheiden. In einigen Anwendungsgebieten hat sich beispielsweise ein Faser-Kunststoff-Verbund (FKV; auch faserverstärkter Kunststoff oder Faserverbundkunststoff, FVK) als hilfreich erwiesen. Ein FKV ist ein Werkstoff, der Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern im Allgemeinen in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Kunststoffmatrix umgibt die Fasern zumindest teilweise, so dass die Fasern an die Matrix gebunden sind.
Verschiedene Aspekte beziehen sich beispielsweise auf ein Flächengebilde aus beispielsweise orthogonal zueinander verlaufenden Flächenstrukturelementen (z.B. eine Gewebestruktur aufweisend orthogonal zueinander verlaufende Gewebestrukturelemente), wobei zumindest einige der Flächenstrukturelemente ein oder mehrere Verbindungsstrukturen aufweisen, die sich jeweils von dem Flächengebilde weg erstrecken zum Befestigen des Flächengebildes an einem Bauteil. Als Flächenstrukturelement (bzw. Gewebestrukturelement) kann beispielsweise Folgendes verwendet werden: ein Band, z.B. ein Flachband, ein Draht, z.B. ein Runddraht und/oder ein Flachdraht, eine Faser, eine Hybridfaser, ein Multifasergebilde, ein Fasergewebe, ein Multifasergewebe, ein Flechtband, oder Ähnliches, wie beispielsweise Stanzteile, 3D-gedruckte Teile, Spritzgussteile, etc. Ein Flächenstrukturelement (bzw. Gewebestrukturelement) kann beispielsweise ein Filament bzw. ein Multifilament sein. Ein jeweiliges Flächenstrukturelement kann beispielsweise ein Metallmaterial und/oder ein Kunststoffmaterial (auch als Polymermaterial bezeichnet) aufweisen oder daraus bestehen. Ein oder mehrere der Verbindungsstrukturen können mit dem jeweiligen Flächenstrukturelement verbunden (mehrstückig) sein und/oder an dem jeweiligen Flächenstrukturelement ausgebildet (einstückig) sein. Die Verbindungsstrukturen können beispielsweise derart ausgebildet sein, dass diese relativ zu dem Flächengebilde lagestabil sind. Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Flächenstrukturelement derart geformt sein (z.B. formstabil), dass Abschnitte des Flächenstrukturelements als die Verbindungsstrukturen fungieren, z.B. kann ein jeweiliges Flächenstrukturelement in Form eines zweidimensional verlaufenden formstabilen Bandes (z.B. Metallbandes) ausgestaltet sein.
Einige Ausgestaltungen beziehen sich auf eine Ausgestaltung eines Verbundbauteils derart, dass das Verbundbauteil auf einfache Weise mittels Verbindungsstrukturen an einem weiteren Bauteil befestigt werden kann. Beispielsweise kann ein Flächengebilde in dem Verbundbauteil integriert sein, wobei das Flächengebilde beispielsweise orthogonal zueinander verlaufende Flächenstrukturelemente aufweist (z.B. eine Gewebestruktur aufweisend orthogonal zueinander verlaufende Gewebestrukturelemente), wobei zumindest einige der Flächenstrukturelemente ein oder mehrere Verbindungsstrukturen aufweisen, die sich jeweils von dem Flächengebilde weg erstrecken zum Befestigen des Flächengebildes an einem Bauteil. Die Verbindungsstrukturen können beispielsweise formstabil und relativ zu dem Flächengebilde lagestabil ausgebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verbundbauteil Folgendes aufweisen: eine Hybridgewebelage aufweisend eine erste Gewebestruktur und eine mit der ersten Gewebestruktur verbundene zweite Gewebestruktur, wobei die erste Gewebestruktur Gewebestrukturelemente eines ersten Materials aufweist und wobei die zweite Gewebestruktur Gewebestrukturelemente eines von dem ersten Material verschiedenen zweiten Materials aufweist; Verbindungsstrukturen, welche mit der ersten Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der ersten Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei die Verbindungsstrukturen sich jeweils zumindest abschnittsweise von der Hybridgewebelage weg erstrecken; und ein Bauteil, welches derart an der Hybridgewebelage befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
Die Hybridgewebelage kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in ein erstes Bauteil eingebettet sein, und das erste Bauteil kann mittels der Hybridgewebelage an einem zweiten Bauteil befestigt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verbundbauteil somit Folgendes aufweisen: ein erstes Bauteil mit einer Hybridgewebelage, wobei die Hybridgewebelage eine erste Gewebestruktur und eine mit der ersten Gewebestruktur verbundene zweite Gewebestruktur aufweist, wobei die zweite Gewebestruktur verschieden von der ersten Gewebestruktur ist (z.B. kann die erste Gewebestruktur Gewebestrukturelemente aufweisen, die aus einem anderen Material gefertigt sind, als Gewebestrukturelemente der zweiten Gewebestruktur); mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der ersten Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der ersten Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei die Verbindungsstrukturen sich jeweils von der Hybridgewebelage weg erstrecken; und ein zweites Bauteil, welches derart an dem ersten Bauteil befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des zweiten Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verbundbauteil Folgendes aufweisen: ein erstes Bauteil aufweisend ein Matrixmaterial und mindestens eine in das Matrixmaterial eingebettete Gewebestruktur; mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei
sich die Verbindungsstrukturen jeweils aus dem Matrixmaterial heraus erstrecken; ein zweites Bauteil, welches derart an dem ersten Bauteil befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des zweiten Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet. Das Matrixmaterial kann anschaulich als Basis- oder Grundmaterial verstanden werden, in welches eine Gewebestruktur oder eine andere Struktur beispielsweise teilweise oder vollständig eingebettet sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verbundbauteil Folgendes aufweisen: ein erstes Bauteil aufweisend mindestens eine Gewebestruktur, ein zweites Bauteil aufweisend mindestens einen Abschnitt, der aus einem Matrixmaterial gebildet ist, und Verbindungsstrukturen, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei die Verbindungsstrukturen sich jeweils in das zweite Bauteil hinein erstrecken derart, dass mindestens ein Abschnitt des zweiten Bauteils eine Formschlussverbindung und/oder eine Kraftschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verbundbauteil Folgendes aufweisen: ein erstes Bauteil aufweisend eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche und eine zwischen den beiden Oberflächen angeordnete Hybridgewebelage, die Hybridgewebelage aufweisend eine erste Gewebestruktur und eine mit der ersten Gewebestruktur verbundene zweite Gewebestruktur, wobei die erste Gewebestruktur Gewebestrukturelemente eines ersten Materials aufweist und wobei die zweite Gewebestruktur Gewebestrukturelemente eines von dem ersten Material verschiedenen zweiten Materials aufweist; Verbindungsstrukturen, welche mit der ersten Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der ersten Gewebestruktur ausgebildet sind, und welche sich jeweils zumindest bis zur ersten Oberfläche und zumindest bis zur zweiten Oberfläche erstrecken; wobei die Verbindungsstrukturen jeweils ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen zum schweißtechnischen Verbinden (vorzugsweise unter Verwendung einer Schweißzange) des ersten Bauteils mit mindestens einem zweiten Bauteil mittels der Verbindungsstrukturen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Fierstellen eines Verbundbauteils Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur, wobei die Gewebestruktur Gewebestrukturelemente aufweist sowie Verbindungsstrukturen, welche mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur ausgebildet sind; Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil zumindest einen Abschnitt aus einem Matrixmaterial aufweist; und Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels Einbringens der Verbindungsstrukturen in das Matrixmaterial. Zum Einbringen der Verbindungsstrukturen in das Matrixmaterial können/kann die Verbindungsstrukturen und/oder das Matrixmaterial zuvor zumindest abschnittsweise erwärmt werden, z.B. kann das Matrixmaterial ein Polymermaterial sein (z.B. ein Thermoplast) und auf eine
Temperatur von mehr als beispielsweise 50°C erwärmt werden, oder beispielsweise auf mehr als 100°C.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur, wobei die Gewebestruktur Gewebestrukturelemente aufweist sowie Verbindungsstrukturen aus einem Metallmaterial, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind; Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil zumindest einen Abschnitt aus einem Metallmaterial aufweist; und Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels stoffschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Schweißen und/oder Löten) der Verbindungsstrukturen mit dem Abschnitt des zweiten Bauteils.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur, wobei die Gewebestruktur Gewebestrukturelemente aufweist sowie Verbindungsstrukturen, welche mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur ausgebildet sind; Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil mehrere Durchgangslöcher aufweist; und Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels Einbringens der Verbindungsstrukturen in die mehrere Durchgangslöcher des zweiten Bauteils, und vorzugsweise mittels anschließendem formschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Umwalzens oder Umknickens von freiliegenden Endabschnitten der Verbindungsstrukturen) und/oder stoffschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Schweißens, Lötens, Klebens) der Verbindungsstrukturen mit dem zweiten Bauteil.
Anstelle der hierin beschriebenen Gewebestruktur kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, auch jedes andere geeignete (z.B. textile) Flächengebilde verwendet werden.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
Figuren 1A bis 1 H ein Verbundbauteil in verschiedenen schematischen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figuren 2A und 2B eine Hybridgewebelage in verschiedenen schematischen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figuren 3A und 3B ein Bauteil bzw. Verbundbauteil in verschiedenen schematischen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figuren 4A bis 4C ein Bauteil bzw. Verbundbauteil in verschiedenen schematischen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figuren 5A bis 5C ein Bauteil bzw. Verbundbauteil in verschiedenen schematischen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
Figuren 6 bis 8 jeweils ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbundbauteils, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Verschiedene Aspekte betreffen beispielsweise zellulare (z.B. metallische) Leichtbaustrukturen mit einer für die Ausprägung der mechanischen Eigenschaften vorteilhaften Anordnung der Strukturelemente. Typische Vertreter für metallische Leichtbaustrukturen sind beispielsweise Metallschäume oder Strukturen gebildet aus ineinander gedrehten Drahthelices. Die Anforderungen an solche metallischen zellularen Leichtbaustrukturen können unter anderem Folgende sein:
• Selbsttragend, läge- und formstabil
• Automatisierbarerer Herstellungsprozess
• Koppelbar in einem Multi-Materialverbundbauteil
• Einstellbare Strukturdichte
• Mehrachsige Umformbarkeit
• Volle Ausnutzung der spezifischen (dichtebezogenen) mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe innerhalb der Halbzeugstruktur.
Auch kann ein Bedarf an metallischen Strukturen als Leichtbauwerkstoff (u.A. auch mit hybridem Materialaufbau) sowie an effizienten Fertigungsprozessen dafür bestehen.
Die Herstellung von Metallschäumen bzw. zellularen Drahtstrukturen kann herkömmlicherweise sehr zeit- und kostenintensiv sein und zum Teil lediglich in prototypischen Verfahren realisiert werden. Herkömmliche drahtbasierte Strukturen sind in vielen Fällen weder selbsttragend noch formstabil, sondern müssen während der Fertigung in einer definierten Stellung gehalten und durch Kleben, Löten oder Schweißen fixiert werden. Beispielsweise werden Strukturen aus Drahthelices derzeit in einem sehr aufwendigem 6-achsigen Herstellungsverfahren in einem halbautomatisierten Prozess gefertigt. In anderen Fällen werden spezielle geformte Drahtspiralen in einem 3-achsigen Verfahren zu dreidimensionalen Strukturen zusammengedreht. Aber auch solch ein Verfahren ist aufwendig und kann unter Umständen nicht vollständig automatisiert werden.
Herkömmliche Verbundbauteils sind oftmals derart aufgebaut, dass eine Kopplung mit anderen Materialien, wenn überhaupt, nur mittels spezieller Fügeverfahren möglich ist, was deren großtechnische Anwendung, z.B. in der Automobilindustrie, unrentable machen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden Strukturen bereitgestellt, z.B. eine Gewebestruktur mit erhabenen form- und lagestabilen Verbindungselementen (hierin auch als Verbindungsstrukturen bezeichnet), die in einem automatisierten Prozess hergestellt werden können und auf einfache Weise mit einem metallischen oder polymerbasierten Bauteil verbunden werden können.
Die Gewebestruktur kann aus orthogonal angeordneten Elementen (hierin auch als Gewebestrukturelemente bezeichnet) aufgebaut sein, wobei ein Teil der Elemente erhaben sein kann (d.h. aus eine Fläche, die die Gewebestruktur bildet, herausragt). Die erhabenen Elemente sind beispielsweise formstabil und lagestabil mit der Gewebestruktur verbunden bzw. in die Gewebestruktur integriert. Die erhabenen Elemente verlaufen beispielsweise zweidimensional, wobei die Verlaufsebene parallel zu der Fläche oder in einem beliebigen Winkel zu der Fläche verlaufen kann. Die Verbindung der Elemente kann formschlüssig (z.B. mittels einer Verkreuzung der Elemente) oder stoffschlüssig (z.B. mittels Lötens und/oder Schweißens) erfolgen. Die Elemente der Fläche können in konstanten oder unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sein und sind form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Damit kann eine offene oder geschlossene Fläche erzeugt werden. Die Elemente können aus textilen Materialien, Drähten sowie aus nichtmetallischen Materialien bestehen. Die Struktur kann selbsthaltend ausgestaltet sein, wobei die Elemente lagestabil sein können und insbesondere die erhabenen Elemente können sich dadurch auszeichnen, dass diese formstabil sind. Durch eine entsprechende Materialauswahl und Kombination dieser können die Eigenschaften der Struktur richtungsabhängig definiert eingestellt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Flächen mit erhabenen Elementen insbesondere formschlüssig mit anderen Strukturen oder Bauteilen verbunden sein oder werden.
Dazu zählen faserbasierte Werkstoffe (z.B. textile Flächen wie Gewebe oder Vliesstoffe), faserverstärkte Werkstoffe (z.B. Organoblech), Metalle, Kunststoffe (z.B. Folien). Die Kopplung kann während des Flerstellungsprozesses der Fläche, das heißt prozessintegriert oder prozessnachgelagert erfolgen. Es sind stoffschlüssige (z.B. Schweißen, Kleben), kraftschlüssige (z.B. Einpressen) und formschlüssige (z.B. textiltechnologische Verbindung durch Verkreuzung, Erzeugung von Hinterschnitten) Kopplungen möglich.
Eine vollständig automatisierte Fertigung der Strukturen ist möglich. Die mechanischen Eigenschaften der Struktur lassen sich durch Materialvariation/ -kombination sowie durch Variation der Abstände anforderungsgerecht und äußerst vielseitig einstellen. Es können beispielsweise Strukturen aus mehreren übereinander angeordneten Flächen aufgebaut werden. Eine automatisierte Fertigung der Strukturen in einem modifizierten Webprozess kann möglich sein.
Die Strukturen können aufgrund ihrer Stabilität gut handhabbar sein und können in nachgelagerten Prozessstufen weiterverarbeitet werden. Die Strukturen können auch als Leichtbauwerkstoff und als crashabsorbierende Elemente unter anderem im Maschinen, Anlagen- und Fahrzeugbau, der Luft- und Raumfahrtechnik sowie in der Medizintechnik eingesetzt werden. Eine relevante Eigenschaft verschiedener Strukturen kann das Drapiervermögen sein. Strukturen mit Drapiervermögen können beispielsweise in einem gewissen Maß noch räumlich auf einfache Weise verformt werden. Somit können beispielsweise gekrümmte Anbindestellen für Schweißen o.ä. geschaffen werden. Das kann mit konventionellen Blecheinlegern oder anderen Strukturen ohne ausreichendes Drapiervermögen beispielsweise nicht ohne weiteres möglich sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Fläche (hierin auch als Flächengebilde bezeichnet) aus orthogonal angeordneten Elementen mit form- und lagestabilen erhabenen Elementen bereitgestellt sein, wobei mittels der erhabenen Elemente eine Verbindung mit anderen Strukturen oder Bauteilen erzeugt werden kann.
Das hierin beschriebene Flächengebilde (z.B. eine Gewebestruktur oder eine Hybridgewebestruktur) mit den Verbindungsstrukturen kann vielseitig als Material für Strukturbauteile bzw. für den Leichtbau einsetzbar sein. Durch seinen spezifischen Aufbau ist das Flächengebilde mit den Verbindungsstrukturen mit einer Vielfalt an kommerziell verfügbarer Prozesstechnik koppel- und fügbar (Multimaterialansatz). Die Fertigung des Flächengebildes mit den Verbindungsstrukturen kann in einem automatisierten Verfahren (z.B. mittels Webens) realisierbar sein. Das Flächengebilde sowie die Verbindungsstrukturen können aufgrund ihrer Stabilität gut handhabbar sein und können in nachgelagerten Prozessstufen weiterverarbeitet werden. Die Strukturen können als Leichtbauwerkstoff und als crashabsorbierende Elemente unter anderem im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau, der Luft- und Raumfahrtechnik sowie in der Medizintechnik eingesetzt werden.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen eines Verbundbauteils und eines entsprechenden Verfahrens zum Herstellen zumindest eines Abschnittes eines Verbundbauteils beschrieben.
Fig.lA zeigt ein Verbundbauteil 100 in einer schematischen Querschnittsansicht.
Das Verbundbauteil 100 kann beispielsweise eine Gewebelage aufweisen. Diese kann beispielsweise als Hybridgewebelage 110 ausgestaltet sein. Allerdings kann anstelle der nachfolgend beschriebenen Hybridgewebelage auch jedes andere geeignete textile Flächengebilde in gleicher oder ähnlicher Weise verwendet werden. Eine Hybridgewebelage 110 kann beispielsweise mehrere voneinander verschiedene Gewebestrukturen aufweisen, z.B. eine erste Gewebestruktur 112a und eine mit der ersten Gewebestruktur 112a verbundene zweite Gewebestruktur 112b. Beispielsweise kann die erste Gewebestruktur 112a aus Gewebestrukturelementen eines ersten Typs, z.B. aufweisend oder bestehend aus einem ersten Material, gebildet (z.B. gewebt sein) sein und die zweite Gewebestruktur 112b kann aus Gewebestrukturelementen eines zweiten Typs, z.B. aufweisend oder bestehend aus einem zweiten Material, gebildet (z.B. gewebt sein) sein. Dabei kann das erste Material (z.B. ein Metallmaterial) verschieden von dem zweiten Material (z.B. ein Polymermaterial, ein carbon-basiertes Material, oder eine Naturfaser) sein.
Die Verbindung zwischen den beiden Gewebestrukturen 112a, 112b kann eine textiltechnische Verbindung sein, z.B. können Gewebestrukturelemente unterschiedlichen Typs zu einer gemeinsamen Gewebestruktur verwebt werden. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Gewebestrukturen 112a, 112b mittels eines Haftmaterials (z.B. eines Klebstoffs) aneinander befestigt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verbundbauteil 100 Verbindungsstrukturen 120 aufweisen. Die Verbindungsstrukturen 120 können beispielsweise mit der ersten Gewebestruktur 112a der Hybridgewebelage 110 verbunden sein und/oder an der ersten Gewebestruktur 112a der Hybridgewebelage 110 ausgebildet sein. Beispielsweise können Bestandteile der ersten Gewebestruktur 112a selbst die Verbindungsstrukturen 120 bilden. In diesem Fall, erstrecken sich die Verbindungsstrukturen 120 von der ersten Gewebestruktur 112a weg, aber nicht durch die der ersten Gewebestruktur 112a hindurch. Die Verbindungsstrukturen 120 können beispielsweise während des Herstellungsprozesses der ersten Gewebestruktur 112a in diese integriert werden oder an dieser befestigt werden, um eine integrale Einheit aus Elementen der ersten Gewebestruktur 112a und den Verbindungsstrukturen 120 zu bilden. Die Verbindungsstrukturen 120 können sich jeweils von der Hybridgewebelage 110 weg erstrecken. Anschaulich sind die Verbindungsstrukturen 120 derart ausgestaltet, dass die Hybridgewebelage 110 mit einer weiteren Struktur (z.B. einen Bauteil) verbunden werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verbundbauteil 100 ein Bauteil 130 aufweisen. Das Bauteil 130 kann beliebig ausgestaltet sein, z.B. kann das Bauteil 130 ein beliebig geformtes Metallblech, ein beliebig geformtes Organoblech, etc., sein. Dabei kann ein Material der Verbindungsstrukturen 120 derart gewählt werden, dass diese effizienter mit dem Bauteil 130 verbunden werden kann als das Material der Hybridgewebelage 110 bzw. das Material der ersten Gewebestruktur 112a und/oder der zweiten Gewebestruktur 112b.
Sofern die Verbindungsstrukturen 120 von Gewebestrukturelementen der ersten Gewebestruktur 112a selbst gebildet werden (z.B. sind dann die erste Gewebestruktur 112 und die Verbindungsstrukturen 120 einstückig ausgebildet), kann ein Material der Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a derart gewählt werden, dass diese effizienter mit dem Bauteil 130 verbunden werden kann als das Material der zweiten Gewebestruktur 112b.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Bauteil 130 derart an der Hybridgewebelage 110 befestigt, dass mindestens ein Abschnitt des Bauteils 130 eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen 120 bildet.
Wenn das Bauteil 130 beispielsweise ein Metallmaterial aufweist oder daraus besteht, und die zweite Gewebestruktur 112b aus Polymer-, Glas-, und/oder Keramik-Gewebestrukturelementen gebildet ist, können die Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a bzw. zumindest die Verbindungsstrukturen 120 aus einem Metallmaterial gefertigt sein, so dass basierend auf den Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a bzw. zumindest den Verbindungsstrukturen 120 eine Schweiß- und/oder Lötverbindung zu dem Bauteil 130 hergestellt werden kann. Sofern die zweite Gewebestruktur 112b beispielsweise auch geeignet mit der ersten Gewebestruktur 112a verbunden ist, z.B. mittels einer textiltechnischen Formschlussverbindung (z.B. einer Webverbindung), kann somit auch zweite Gewebestruktur 112b auf eine effiziente Weise mittels der ersten Gewebestruktur 112a und der Verbindungsstrukturen 120 an dem Bauteil 130 befestigt sein oder werden.
Wenn das Bauteil 130 beispielsweise ein Polymer-, Glas-, und/oder Keramik-Material aufweist oder daraus besteht, und die zweite Gewebestruktur 112b aus Metall-Gewebestrukturelementen gebildet ist, können die Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a bzw. zumindest die Verbindungsstrukturen 120 aus einem Polymermaterial gefertigt sein, so dass basierend auf den Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a bzw. zumindest den Verbindungsstrukturen 120 eine Klebeverbindung zu dem Bauteil 130 hergestellt werden kann. Sofern die zweite Gewebestruktur 112b beispielsweise auch geeignet mit der ersten Gewebestruktur 112a verbunden ist, z.B. mittels einer textiltechnischen Formschlussverbindung (z.B. einer Webverbindung), kann somit auch eine zweite Gewebestruktur 112b auf eine effiziente Weise mittels
der ersten Gewebestruktur 112a und der Verbindungsstrukturen 120 an dem Bauteil befestigt sein oder werden.
Wenn das Bauteil 130 beispielsweise ein Polymermaterial (z.B. einen Thermoplast) aufweist oder daraus besteht, und die zweite Gewebestruktur 112b aus Polymer-, Glas-, oder Keramik- Gewebestrukturelementen gebildet ist, können die Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a bzw. zumindest die Verbindungsstrukturen 120 aus einem Metallmaterial gefertigt sein, so dass basierend auf den Gewebestrukturelementen der ersten Gewebestruktur 112a bzw. zumindest den Verbindungsstrukturen 120 eine Kraftschlussverbindung zu dem Bauteil 130 hergestellt werden kann. Beispielsweise können die Verbindungsstrukturen 120 in das Material (z.B. in ein Polymermaterial) des Bauteils 130 beispielsweise eingepresst werden. Sofern die zweite Gewebestruktur 112b beispielsweise auch geeignet mit der ersten Gewebestruktur 112a verbunden ist, z.B. mittels einer textiltechnischen Formschlussverbindung (z.B. einer Webverbindung), kann somit auch eine zweite Gewebestruktur 112b auf eine effiziente Weise mittels der ersten Gewebestruktur 112a und der Verbindungsstrukturen 120 an dem Bauteil befestigt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Hybridgewebelage 110 zumindest teilweise in ein Material 140 (anschaulich in ein Grundmaterial oder Matrixmaterial, z.B. in ein Polymermaterial, in ein Keramikmaterial, in Glas, etc.) eingebettet sein oder werden, wie in Fig.lB in einer schematischen Ansicht dargestellt ist.
Anschaulich kann somit ein erstes Bauteil 150 (aufweisend die Hybridgewebelage 110 und ein Einbettungsmaterial) mittels der Verbindungsstrukturen 120 an einem zweiten Bauteil 130 befestigt werden. Die Verbindungsstrukturen 120 können dabei von der ersten Gewebestruktur 112a gebildet sein und somit Teil der Hybridgewebelage 110 sein, die in das Einbettungsmaterial eingebettet ist.
Anschaulich kann ein Verbundbauteil 100 (siehe Fig.l B) Folgendes aufweisen: ein erstes Bauteil 150 mit einer Hybridgewebelage 110, wobei die Hybridgewebelage 110 eine erste Gewebestruktur 112a und eine mit der ersten Gewebestruktur verbundene zweite Gewebestruktur 112b aufweist, wobei die zweite Gewebestruktur 112b verschieden von der ersten Gewebestruktur 112a ist (z.B. kann die erste Gewebestruktur Gewebestrukturelemente aufweisen, die aus einem anderen Material gefertigt sind, als die Gewebestrukturelemente der zweiten Gewebestruktur); mehrere Verbindungsstrukturen 120, welche mit der ersten Gewebestruktur 112a verbunden sind und/oder welche an der ersten Gewebestruktur 112a ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen 120 jeweils von der Hybridgewebelage 110 weg erstrecken (z.B. in Richtung eines zweiten Bauteils 130); und ein zweites Bauteil 130, welches derart an dem ersten Bauteil 150 befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des zweiten Bauteils 130 eine Formschlussverbindung, eine
Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen 120 bildet.
Beispielsweise können die mehreren Verbindungsstrukturen 120 als zu der ersten Gewebestruktur 112a gehörende Elemente gebildet sein. Beispielsweise können die mehreren Verbindungsstrukturen 120 Bestandteile der ersten Gewebestruktur 112a sein. Beispielsweise können die mehreren Verbindungsstrukturen 120 stoffschlüssig mit Elementen der ersten Gewebestruktur 112a verbunden sein. Beispielsweise können die mehreren Verbindungsstrukturen 120 mittels Klebens oder Schweißens mit Elementen der ersten Gewebestruktur 112a verbunden sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen stehen die Verbindungsstrukturen 120 über eine Oberfläche des ersten Bauteils 150 hinaus, so dass eine Verbindung mit dem zweiten Bauteil 130 auf einfache Weise möglich ist. In anderen Ausgestaltungen, z.B. wenn eine Schweiß- und/oder Lötverbindung hergestellt werden soll, kann ausreichend sein, wenn sich die Verbindungsstrukturen 120 bis zur Oberfläche des ersten Bauteils 150 erstrecken und dort beispielsweise bündig mit der Oberfläche des ersten Bauteils 150 abschließen. Es kann anschaulich ausreichend sein, wenn die Verbindungsstrukturen 120 bezüglich des ersten Bauteils 150 zumindest teilweise freiliegen, so dass das zweite Bauteil 130 mit diesen verbunden werden kann, wie in Fig.lC veranschaulicht ist.
Das Material 140, in welches die Hybridgewebelage 110 eingebettet ist, kann beispielsweise ein Polymermaterial, ein keramisches Material, Glas, oder ein anderes geeignetes Material aufweisen oder sein.
Allgemein kann eine Gewebelage auch nur abschnittsweise eine oder mehrere Hybridgewebelagen 110 aufweisen.
In Fig.2A und Fig.2B sind zwei Ansichten einer Hybridgewebelage 110 dargestellt, wobei die Verbindungsstrukturen 120 dadurch gebildet ist, dass die Hybridgewebelage 110 entsprechend zweidimensional vorgeformte (formstabile) Gewebestrukturelemente (anschaulich als ersten Gewebestruktur 112a) aufweist, wobei Abschnitte der zweidimensional vorgeformten (formstabilen) Gewebestrukturelemente als die Verbindungsstrukturen 120 fungieren können.
Wie in den Figuren 1A bis 1C veranschaulicht ist, kann die Hybridgewebelage 110 bzw. können die beiden Gewebestrukturen eine Gewebefläche definieren, die eine Kettrichtung und eine Schussrichtung aufweist, jeweils senkrecht verlaufend zu einer Dickenrichtung 101d.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Gewebestrukturen 112a, 112b der Hybridgewebelage 110 eine Gewebefläche definieren, wobei sich die Verbindungsstrukturen 120, die mittels der Einbindung der ersten Gewebestruktur 112a, beispielsweise als integrale Bestandteile
der ersten Gewebestruktur 112a, in die zweite Gewebestruktur 112b mit der Hybridgewebelage 110 verbunden ist, in eine Richtung quer oder senkrecht zu der Gewebefläche erstrecken, d.h. anschaulich von Gewebefläche weg gerichtet sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Verbindungsstrukturen 120 verschiedene Formen aufweisen, wobei allerdings gewährleistet sein soll, dass eine gewünschte Verbindung mit einem weiteren Bauteil oder mit einer weiteren Struktur mittels diesen hergestellt werden kann.
Beispielsweise können die Verbindungsstrukturen 120 eine Bogenform aufweisen oder bogenförmig (oder auch wellenförmig) ausgestaltet sein, wie in Fig.lD veranschaulicht ist. Dabei kann die jeweilige Verbindungsstruktur 120 von der ersten Gewebestruktur 112a ausgehen und wieder in die erste Gewebestruktur 112a zurückgehen. Wenn die Hybridgewebelage 110 mittels der Verbindungsstrukturen 120 an einem Bauteil 130 befestig ist, kann mindestens ein Abschnitt der jeweiligen Verbindungsstruktur 120 in ein Material des Bauteils 130 eingebettet sein oder stoffschlüssig mit einem Material des Bauteils 130 verbunden sein.
In anderen Ausführungsformen können die Verbindungsstrukturen 120 eine gebogene oder eine gerade Form aufweisen, wie in Fig.lE bzw. in Fig.lA veranschaulicht ist. Dabei kann die jeweilige Verbindungsstruktur 120 von der ersten Gewebestruktur 112a ausgehen und nicht wieder in die erste Gewebestruktur 112a zurückgehen. Beispielsweise kann die jeweilige Verbindungsstruktur 120 einen freien Endabschnitt aufweisen. Wenn die Hybridgewebelage 110 mittels der Verbindungsstrukturen 120 an einem Bauteil 130 befestig ist, können zumindest die freien Endabschnitte in ein Material des Bauteils 130 eingebettet sein oder stoffschlüssig mit einem Material des Bauteils 130 verbunden sein.
In anderen Ausführungsformen können die Verbindungsstrukturen 120 eine gewinkelte bzw. gefaltete Form aufweisen, wie in Fig.lF veranschaulicht ist. Ähnlich wie in Fig.lD dargestellt, kann dabei die jeweilige Verbindungsstruktur 120 von der ersten Gewebestruktur 112a ausgehen und wieder in die erste Gewebestruktur 112a zurückgehen. Die Verbindungsstrukturen können beispielsweise auch eine Helix (z.B. eine Schraubendruckfeder) sein, welche mittels Gewebestrukturelementen (z.B. Kettfäden) an die Gewebestruktur angebunden sein können. Auch Rohre oder Stäbe können als Verbindungsstrukturen geeignet sein.
Wenn die Hybridgewebelage 110 mittels der Verbindungsstrukturen 120 an einem Bauteil 130 befestigt ist, kann zumindest ein Abschnitt der jeweiligen Verbindungsstruktur 120 in ein Material des Bauteils 130 eingebettet sein oder stoffschlüssig mit einem Material des Bauteils 130 verbunden sein.
Die Form, die Höhe, die Anordnung, die Anzahl pro Länge oder Fläche, das Material und/oder andere Eigenschaften der Verbindungsstrukturen 120 können entsprechend der gewünschten Verbindung an das Bauteil 130 angepasst sein oder werden.
Wie beispielhaft in Fig.lG in einer schematischen Ansicht dargestellt ist, kann eine Formschlussverbindung hergestellt werden zwischen den Verbindungsstrukturen 120 und einem Bauteil 130, in dem das Bauteil 130 mit mehreren Durchgangsöffnungen versehen ist oder wird. Die mehreren Durchgangsöffnungen sind beispielsweise die derart passend zu den Verbindungsstrukturen 120 ausgestaltet, dass die jeweiligen die Verbindungstrukturen 120 durch jeweilige Durchgangsöffnungen in dem Bauteil 130 hindurch erstrecken können, so dass zumindest eine Formschlussverbindung gebildet ist.
Ein jeweiliger Abschnitt der Verbindungsstrukturen 120, der durch das Bauteil 130 hindurch ragt, kann beispielsweise auch geknickt oder gewalzt werden, wie beispielhaft in Fig.lH in einer schematischen Ansicht dargestellt ist, so dass die Verbindungsstrukturen 120 nicht wieder aus den Durchgangsöffnungen herausgezogen werden können. Sofern die Verbindungsstrukturen 120 und das Bauteil 130 ein Metallmaterial aufweisen, können diese nach dem Umknicken oder Umwalzen auch zusätzlich miteinander verlötet und/oder verschweißt werden. Ein Verlöten und/oder Verschweißen kann auch zum Verbinden der Verbindungsstrukturen 120 mit dem Bauteil 130 genutzt werden, wenn die Verbindungsstrukturen 120 nicht umgeknickt oder umgewalzt sind, wenn sich die Verbindungsstrukturen 120 nur teilweise in die Durchgangsöffnungen hinein erstrecken, oder wenn die Verbindungsstrukturen 120 bündig mit der Fläche 130a des Bauelements 130, die der Verbindungsstrukturen 120 abgewandt ist, abschließen.
Somit kann beispielsweise mindestens eine Gewebestruktur 112a an dem Bauteil 130 befestigt werden. In gleicher Weise kann mittels mindestens einer Gewebestruktur 112a (den daran angekoppelten Verbindungsstrukturen 120) eine Hybridgewebelage 110 an dem Bauteil 130 befestigt werden. In gleicher Weise kann mittels mindestens einer Gewebestruktur 112a (den daran angekoppelten Verbindungsstrukturen 120) ein erstes Bauteil 150, in welches die Gewebestruktur 112a zumindest teilweise integriert ist, an einem zweiten Bauteil 130 befestigt werden.
Fig.2A zeigt eine Hybridgewebelage 110 und eine Verbindungsstruktur 120 in einer beispielhaften Darstellung.
Die Verbindungsstruktur 120 kann Teil eines Gewebestrukturelementes (z.B. eines Bandes) 212a einer ersten Gewebestruktur 112a einer Hybridgewebelage 110 sein. Anschaulich kann ein Abschnitt 220 des Gewebestrukturelementes 212a die Verbindungsstruktur 120 bilden bzw. sein. Mit anderen Worten kann sich ein Abschnitt 220 des Gewebestrukturelementes 212a, welcher die
Verbindungsstruktur 120 bilden soll, aus der Hybridgewebelage 110 heraus erstrecken, z.B. ein oder mehrere Millimeter oder bis zu einem oder mehreren Zentimetern.
Das jeweilige Gewebestrukturelement 212a der ersten Gewebestruktur 112a kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen abschnittsweise formschlüssig, faserbasiert/bindungstechnisch in die zweite Gewebestruktur 112b der Hybridgewebelage 110 eingekoppelt sein oder werden. Das textiltechnische Verbinden der Gewebestrukturelemente der beiden Gewebestrukturen 112a, 112b kann beispielsweise während der Herstellung der Hybridgewebelage 110 mittels Webens erfolgen. Alternativ dazu können beispielsweise maschenbildende Verfahren wie Stricken, Wirken, Häkeln, und/oder Nadelbinden zum textiltechnischen Verbinden der beiden Gewebestruktur 112a, 112b miteinander verwendet werden.
Die Hybridgewebelage 110 kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass die erste Gewebestruktur 112a verschieden von der zweiten Gewebestruktur 112b ist. Zum Beispiel können diese einen unterschiedlichen strukturellen Aufbau (zum Beispiel bezüglich mindestens einem der folgenden Aspekte: der Faserdichte, der Gewebebreite, der Gewebelänge, der Gewebedicke, und/oder der Bindungsart) aufweisen. Ferner können diese unterschiedliche Faserarten und/oder Fasermaterialien aufweisen (z.B. unterschiedliche Faserarten und/oder Fasermaterialien für das Kett-Fadensystem und/oder das Schuss-Fadensystem).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Hybridgewebelage 110 bzw. können die beiden Gewebestrukturen 112a, 112b eine Kettrichtung 101k und eine Schussrichtung 101s definieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Gewebestrukturen 112a, 112b in einem gemeinsamen Webprozess mittels einer Webvorrichtung gebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich das Gewebestrukturelement 212a der ersten Gewebestruktur 112a, welche die Verbindungsstruktur 120 bildet, entlang der Kettrichtung 101k erstrecken. Dies ermöglicht beispielsweise das effiziente Ausbilden einer textiltechnischen Verbindung der jeweiligen Gewebestrukturelemente 212a der ersten Gewebestruktur 112a mit der zweiten Gewebestruktur 112b. Alternativ oder zusätzlich dazu kann sich ein jeweiliges Gewebestrukturelement 212a der ersten Gewebestruktur 112a, welches die Verbindungsstruktur 120 aufweist bzw. bildet, entlang der Schussrichtung 101s erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können zumindest einige Gewebestrukturelemente 212a der ersten Gewebestruktur 112 mehrfach geknickt sein bzw. mehrere Knickbereiche aufweisen, in denen das jeweilige Gewebestrukturelement 212a (z.B. das Metallband) geknickt ist. Dementsprechend sind Knickkanten 212k in dem jeweiligen Gewebestrukturelement 212a ausgebildet. Die Knickkanten 212k können parallel oder schräg zu der Kettrichtung 101k und/oder parallel oder schräg zu der Schussrichtung 101s verlaufen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, kann eine Formschlussverbindung zwischen ein oder mehreren Gewebestrukturelementen 212a der ersten Gewebestruktur 112a und ein oder mehreren Gewebestrukturelementen (z.B. den Kettfäden 216 und/oder den Schussfäden 214) der zweiten Gewebestruktur 112b ausgebildet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Hybridgewebelage 110 bzw. können die Gewebestrukturen 112a, 112b jeweils mittels eines geeigneten Filaments oder mittels mehrerer geeigneter Filamente hergestellt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zusätzlich zu der textiltechnischen Verbindung eine Klebeverbindung zwischen den beiden Gewebestrukturen 112a, 112b ausgebildet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jedes der mehreren Gewebestrukturelemente 212a der ersten Gewebestruktur 112a einen Werkstoff aufweisen oder daraus bestehen, welcher das Gewebestrukturelement 212a biegesteif macht. Anschaulich können einige oder alle Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur 112a aus einem Metallmaterial gebildet sein. Die Gewebestrukturelemente der zweiten Gewebestruktur 112b können beispielsweise aus einem Faserwerkstoff gebildet sein, z.B. aufweisend Pflanzenfasern, Aramidfasern, Carbonfasern, Glasfasern, Keramikfasern und/oder andere geeignete Fasern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Gewebestrukturelement der ersten Gewebestruktur 112a, zum Bereitstellen der Verbindungsstrukturen 120, derart eingerichtet sein, dass dieses mittels mehrfachen Knickens in eine stabile, mehrdimensionale Form gebracht werden kann. Die mittels der Knickkanten 212k definierte mehrdimensionale Form kann beispielsweise eine Höhe 201a definieren, bis zu der die Verbindungsstrukturen 120 über die Hybridgewebelage 110 hinausragen.
Die Hybridgewebelage 110 inklusive der Verbindungsstrukturen 120 kann derart in ein Bauteil 150 integriert sein oder werden, dass ein oder mehrere Abschnitte 220 der Gewebestrukturelemente 212a der ersten Gewebestruktur 112a zumindest teilweise freiliegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Gewebestruktur 112a nur eines von beiden aufweisen, Kettfäden (wie in den Figuren 2A und 2B veranschaulicht, oder alternativ dazu Schussfäden in der gleichen oder in einer ähnlichen Konfiguration. Die Hybridgewebelage 110 wird dann von jeweils Kett- und/oder Schussfäden der zweiten Gewebestruktur 112b komplettiert. In gleich oder ähnlicher Weise kann die erste Gewebestruktur 112a beides aufweisen Kettfäden und Schussfäden.
Es sei angemerkt, dass im Sinne einer webtechnischen Verarbeitung, die Gewebestrukturelemente hierin auch als Fäden bezeichnet werden, unabhängig von deren Beschaffenheit. Wobei gleichartige, parallel zueinander verlaufende Fadenformen als Fadensystem bezeichnet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Hybridgewebelage 110 aus ein oder mehreren Kettfaden-Systemen und aus ein oder mehreren Schussfaden-Systemen gebildet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Gewebestruktur 112a aus ein oder mehreren Kettfaden-Systemen und/oder aus ein oder mehreren Schussfaden-Systemen gebildet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Gewebestruktur 112b aus ein oder mehreren Kettfaden-Systemen und/oder aus ein oder mehreren Schussfaden-Systemen gebildet sein.
Verschiedene Aspekte betreffen ein Bauteil aufweisend ein Matrixmaterial, wobei das Bauteil an einem weiteren Bauteil befestigt werden soll. Dabei kann beispielsweise das Bauteil ein Material aufweisen, dass nicht auf einfache Weise an dem weiteren Bauteil befestigt werden kann, z.B. kann das Bauteil eine Keramik aufweisen oder daraus bestehen und das weitere Bauteil kann ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen, so dass beispielsweise eine einfache Verbindung der Bauteile (z.B. mittels Schweißens, Lötens, oder eines Form/Kraftschlusses) nicht möglich ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gewebestruktur in das Bauteil integriert sein oder werden, so dass die beiden Bauteile mittels Verbindungsstrukturen miteinander verbunden werden können, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der mindestens einen Gewebestruktur ausgebildet sind, und wobei sich die Verbindungsstrukturen jeweils aus Material des Bauteils heraus erstrecken oder derart freiliegen, dass das Bauteil mittels der Verbindungsstrukturen an dem weiteren Bauteil befestigt werden kann.
Fig.3A zeigt schematisch ein erstes Bauteil 300a, welches mit einem zweiten Bauteil 300b zu einem Verbundbauteil 300 verbunden werden kann, wie es beispielsweise in Fig.3B schematisch dargestellt ist.
Das erste Bauteil 300a kann beispielsweise ein Matrixmaterial 340 aufweisen oder daraus bestehen sowie mindestens eine in das Matrixmaterial 340 eingebettete Gewebestruktur 312. Ferner kann das erste Bauteil 300a Verbindungsstrukturen 320 aufweisen, welche mit der Gewebestruktur 312 verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur 312 ausgebildet sind, wobei die Verbindungsstrukturen 320 zumindest abschnittweise frei von dem Matrixmaterial sind.
Die Verbindungsstrukturen 320 können sich beispielsweise jeweils aus dem Matrixmaterial 340 heraus erstrecken oder an einer Oberfläche 340a des Matrixmaterial 340 bzw. des ersten Bauteils 300a freiliegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die in das erste Bauteil 300a integrierte Gewebestruktur 312 so ausgestaltet sein, wie es für die erste Gewebestruktur 112a oder für die Hybridgewebelage 110 des Verbundbauteils 100 beschrieben ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Verbindungsstrukturen 320, die mit der Gewebestruktur 312 verbunden sind bzw. die von der Gewebestruktur 312 gebildet werden, so ausgestaltet sein, wie es für die Verbindungsstrukturen 120 des Verbundbauteils 100 beschrieben ist.
Das zweite Bauteil 300b kann beispielsweise derart an dem ersten Bauteil 300a befestigt sein oder werden, dass mindestens ein Abschnitt des zweiten Bauteils 300b eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen 320 bildet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Verbindungsstrukturen 320 ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen. Sofern die Verbindungsstrukturen 312 von ein oder mehreren Gewebestrukturelementen der Gewebestruktur gebildet werden, kann/können die ein oder mehreren Gewebestrukturelemente ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen.
Das Matrixmaterial 340 des ersten Bauteils 300a kann beispielsweise mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: ein Polymer; eine Keramik; Kohlenstoff;
Glas.
Das zweite Bauteil 300b oder zumindest der mindestens eine Abschnitt des zweiten Bauteils, der die Formschlussverbindung, die Kraftschlussverbindung und/oder die Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen 320 bildet, kann beispielsweise mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: ein Metallmaterial; ein Polymermaterial; ein Keramikmaterial; Glas.
Beispielsweise kann das Matrixmaterial 340 des ersten Bauteils 300a ein keramisches Material oder ein Glas sein, und das zweite Bauteil 300b kann ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen, wobei die Verbindungsstrukturen 320 ein Metallmaterial aufweisen können, um das erste Bauteil 300a mittels Schweißen, Löten oder Ähnlichem an dem zweiten Bauteil 300b befestigten zu können. In gleicher oder ähnlicher Weise ermöglicht eine Materialauswahl für die Verbindungsstrukturen 320 eine Anpassung der Verbindbarkeit zweier Bauteile miteinander.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verbindung der Gewebestruktur 312 mit einem Bauteil 300b derart erfolgen, wie es hierin beispielsweise für die Verbindungen zwischen der ersten Gewebestruktur 112a bzw. der Hybridgewebelage 110 und dem Bauteil 130 beschrieben ist.
Fig.4A zeigt schematisch ein erstes Bauteil 400a, welches mit einem zweiten Bauteil 400b zu einem Verbundbauteil 400 verbunden werden kann, wie es beispielsweise in Fig.4B schematisch dargestellt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Bauteil 400a mindestens eine Gewebestruktur 412 aufweisen. Die mindestens eine Gewebestruktur 412 kann beispielsweise ausgestaltet sein, wie die vorangehend beschriebene erste Gewebestruktur 112a, die Hybridgewebelage 110, oder die Gewebestruktur 312. Das zweite Bauteil 400b kann mindestens einen Abschnitt, der aus einem Polymermaterial oder einem anderen geeigneten Material gebildet ist, aufweisen oder aus einem Polymermaterial oder polymerhaltigen Verbundmaterial gebildet sein.
Die Verbindungsstrukturen 420, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur 412 verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur 412 ausgebildet sind, können zum Verbinden der beiden Bauteile 400a, 400b miteinander in das zweite Bauteil 400b hinein gepresst sein oder werden derart, dass eine Formschlussverbindung und/oder eine Kraftschlussverbindung gebildet wird. Die Verbindungsstrukturen 420 können beispielsweise formstabil sein, z.B. gebildet aus einem Metallmaterial, aus einem steifen Kunststoff, und/oder einem steifen Verbundmaterial.
Das Polymermaterial des zweiten Bauteils kann beispielsweise ein Thermoplast sein, wobei das Polymermaterial in diesem Fall beispielsweise erwärmt werden kann zum leichteren Einpressen der Verbindungsstrukturen 420 in dieses hinein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Verbindungsstrukturen 420 derart geformt sein, dass diese jeweils einen Aufnahmebereich 420a bilden, in welchen Polymermaterial des zweiten Bauteils 400b aufgenommen werden kann zum Erzeugen einer effizienten Formschlussverbindung, wie beispielsweise in Fig.4C in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt ist. Die Verbindungsstrukturen 420 können beispielsweise bogenförmig ausgebildet sein und das Polymermaterial des zweiten Bauteils 400b kann in den Aufnahmebereich 420a unterhalb des Bogens seitlich hineinfließen beim Einpressen der Gewebestruktur 412 in das Polymermaterial.
Fig.5A zeigt schematisch ein erstes Bauteil 500a, welches mit einem zweiten Bauteil 500b zu einem Verbundbauteil 500 verbunden werden kann, wie es beispielsweise in Fig.5B schematisch dargestellt ist.
Das erste Bauteil 500a kann beispielsweise eine erste Oberfläche 502a und eine zweite Oberfläche 502b aufweisen, wobei die beiden Oberflächen 502a, 502b einander gegenüberliegen.
Zwischen den beiden Oberflächen 502a, 502b des ersten Bauteils 500a kann mindestens eine Gewebestruktur 512 angeordnete sein (z.B. eine einzelne Gewebestruktur, mehrere Gewebestrukturen, eine Hybridgewebelage, etc.).
Ferner kann das erste Bauteil 500a bzw. das Verbundbauteil 500 mehrere Verbindungsstrukturen 520 aufweisen, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur 512 verbunden und/oder an der mindestens einen Gewebestruktur 512 ausgebildet sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Bauteil 500a bzw. können die Verbindungsstrukturen 520 derart ausgestaltet sein, dass sich diese jeweils zumindest bis zur ersten Oberfläche 502a und zumindest bis zur zweiten Oberfläche 502b des ersten Bauteils 500a erstrecken.
Die Verbindungsstrukturen 520 können jeweils ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen zum schweißtechnischen Verbinden (vorzugsweise unter Verwendung einer Schweißzange 555) des ersten Bauteils 500a mit mindestens einem zweiten (z.B. metallischen) Bauteil 500b mittels der Verbindungsstrukturen 520, wie in Fig.5B und Fig.5C jeweils beispielhaft dargestellt ist.
Die mindestens eine Gewebestruktur 512 kann beispielsweise in gleicher oder ähnlicher Weise ausgestaltet sein, wie die hierin beschriebene erste Gewebestruktur 112a, die Hybridgewebelage 110, die Gewebestruktur 412, oder die Gewebestruktur 412. Die Verbindungsstrukturen 520 des Verbundbauteils 500 können in gleicher oder ähnlicher Weise ausgestaltet sein, wie es hierin für die Verbindungsstrukturen 120, 220, 320, 420 beschrieben ist.
Das erste Bauteil 500a kann beispielsweise auch als eine Hybridgewebelage ausgestaltet sein, wobei diese eine erste Gewebestruktur, eine zweite Gewebestruktur und eine zwischen der ersten Gewebestruktur und der zweiten Gewebestruktur angeordnete dritte Gewebestruktur, wobei die drei Gewebestrukturen (z.B. textiltechnisch, vorzugsweise webtechnisch) miteinander verbunden sind. Dabei können die beiden äußeren Gewebestrukturen, in dem Fall die erste Gewebestruktur und die zweite Gewebestruktur, aus einem Metallmaterial gefertigt sein oder zumindest ein Metallmaterial aufweisen, und elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Somit kann die Hybridgewebelage 500a mittels einer Schweißzange 555 mit mindestens einem weiteren Bauteil 500b schweißtechnisch verbunden werden.
Fig.6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Herstellen eines Verbundbauteils, z.B. eines der hierin beschriebenen Verbundbauteile, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 600 zum Herstellen eines Verbundbauteils kann beispielsweise Folgendes aufweisen: in 610, Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur und Verbindungsstrukturen, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind; in 620, Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil zumindest einen Abschnitt aus einem Matrixmaterial (z.B. einem Polymermaterial) aufweist; und, in 630, Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels Einbringens (z.B. mittels Einpressens oder Eingießens) der Verbindungsstrukturen in das Matrixmaterial.
Fig.7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Herstellen eines Verbundbauteils, z.B. eines der hierin beschriebenen Verbundbauteile, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 700 zum Herstellen eines Verbundbauteils kann beispielsweise Folgendes aufweisen: in 710, Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur sowie Verbindungsstrukturen aus einem Metallmaterial, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind; in 720, Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil zumindest einen Abschnitt aus einem Metallmaterial aufweist; und, in 730, Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels stoffschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Schweißens und/oder Lötens) der Verbindungsstrukturen mit dem Abschnitt des zweiten Bauteils.
Fig.8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen eines Verbundbauteils, z.B. eines der hierin beschriebenen Verbundbauteile, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 800 zum Herstellen eines Verbundbauteils kann beispielsweise Folgendes aufweisen: in 810, Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur sowie Verbindungsstrukturen, welche mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur ausgebildet sind; in 820, Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil mehrere Durchgangslöcher aufweist; und, in 830, Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels Einbringens der jeweiligen Verbindungsstrukturen in die mehreren Durchgangslöcher des zweiten Bauteils, und vorzugsweise mittels anschließendem formschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Walzens oder allgemein mittels Umknickens) und/oder stoffschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Schweißens, Lötens, Klebens, etc.) der Verbindungsstrukturen mit dem zweiten Bauteil.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, welche sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Verbundbauteil, aufweisend: Hybridgewebelage aufweisend eine erste Gewebestruktur und eine mit der ersten Gewebestruktur verbundene zweite Gewebestruktur, wobei die erste Gewebestruktur verschieden von der zweiten Gewebestruktur ist; mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der ersten Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der ersten Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen jeweils von der Hybridgewebelage weg erstrecken; und ein Bauteil, welches derart an der Hybridgewebelage befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
In Beispiel 2 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 1 optional aufweisen, dass die erste Gewebestruktur und die zweite Gewebestruktur mittels einer Formschlussverbindung, vorzugsweise mittels einer textiltechnischen Verbindung (z.B. einer Webverbindung), miteinander verbunden sind.
In Beispiel 3 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass die erste Gewebestruktur mehrere erste Gewebestrukturelemente aufweist und dass die zweite Gewebestruktur mehrere zweite Gewebestrukturelemente aufweist. Dabei können die ersten Gewebestrukturelemente ein anderes Material aufweisen als die zweiten Gewebestrukturelemente. Die ersten Gewebestrukturelemente können beispielsweise ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen. Die zweiten Gewebestrukturelemente können beispielsweise ein Polymermaterial, Glas, Keramik, Kohlenstoff, und/oder einen Naturstoff (z.B. Baumwolle, Wolle, etc.) aufweisen oder daraus bestehen. Die ersten Gewebestrukturelemente können beispielsweise Metallfasern oder Metallfilamente aufweisen oder daraus bestehen. Die zweiten Gewebestrukturelemente können beispielsweise Polymerfasern oder Polymerfilamente, Glasfasern, Keramikfasern, Kohlenstofffasern, und/oder Naturfasern aufweisen oder daraus bestehen.
In Beispiel 4 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional aufweisen, dass die Hybridgewebelage zumindest teilweise in ein Polymermaterial eingebettet ist.
In Beispiel 5 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 4 optional aufweisen, dass zumindest ein Abschnitt der jeweiligen Verbindungsstrukturen frei von dem Polymermaterial ist bzw. nicht in das Polymermaterial eingebettet ist. Die jeweiligen Verbindungsstrukturen nur beispielsweise teilweise in das Polymermaterial eingebettet sein und/oder es kann sich ein Abschnitt der jeweiligen Verbindungsstrukturen aus dem Polymermaterial heraus erstrecken.
In Beispiel 6 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass die erste Gewebestruktur und/oder die zweite Gewebestruktur gemeinsam jeweils mindestens ein Kettsystem und mindestens ein Schusssystem der Hybridgewebelage bilden.
In Beispiel 7 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass die erste Gewebestruktur mindestens ein Kettsystem und/oder mindestens ein Schusssystem aufweist; und/oder dass die zweite Gewebestruktur mindestens ein Kettsystem und/oder mindestens ein Schusssystem aufweist.
In Beispiel 8 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 optional aufweisen, dass die erste Gewebestruktur mindestens ein mehrdimensionales Kettsystem und/oder mindestens ein mehrdimensionales Schusssystem aufweist. Ein mehrdimensionales Fadensystem (z.B. ein Kettsystem oder ein Schusssystem) kann beispielsweise Fäden (auch als Gewebestrukturelemente bezeichnet) aufweisen, welche sich nicht nur linear erstrecken, sondern mindestens in zwei voneinander verschiedene Richtungen.
In Beispiel 9 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 optional aufweisen, dass die erste Gewebestruktur ein Kettsystem und/oder mindestens ein Schusssystem aufweist mit einer außerhalb der Kettebene bzw. der Schussebene verlaufenden zweidimensionalen Fadenform. Ein Faden, der eine zweidimensionale Fadenform aufweist, kann beispielsweise ein oder mehrere erste Fadenabschnitte aufweisen, die sich in eine erste Richtung erstrecken, und ein oder mehrere zweite Fadenabschnitte, die sich in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung erstrecken.
In Beispiel 10 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente (bzw. Fäden) der ersten Gewebestruktur derart ausgestaltet sind, dass sich jeweils mehrere Abschnitte eines Gewebestrukturelements von der Hybridgewebelage weg erstrecken und somit die Verbindungsstrukturen ausbilden.
In Beispiel 11 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional aufweisen, dass das Bauteil ein Metallmaterial aufweist oder daraus besteht, dass die Verbindungstrukturen ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen. Dabei kann das Bauteil mittels einer Schweißverbindung und/oder mittels einer Lötverbindung mit den Verbindungstrukturen verbunden sein. Ein Metallmaterial kann beispielsweise aufweisen oder sein: ein oder mehrere Metalle, eine Metalllegierung, eine intermetallische Verbindung.
In Beispiel 12 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional aufweisen, dass das Bauteil ein Metallmaterial aufweist oder daraus besteht, dass Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen, und dass Verbindungsabschnitte der Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur die Verbindungstrukturen ausbilden. Dabei kann das Bauteil beispielsweise mittels einer Schweißverbindung und/oder mittels einer Lötverbindung mit den Verbindungsabschnitten der Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur verbunden sein.
In Beispiel 13 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 12 optional aufweisen, dass das Bauteil mehrere Durchgangsöffnungen aufweist. Die mehreren Durchgangsöffnungen können sich beispielsweise von einer ersten Oberfläche des Bauteils, welche der Hybridgewebelage zugewandt ist, zu einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Bauteils erstrecken. Die Durchgangsöffnungen können beispielsweise derart passend zu den Verbindungsstrukturen bereitgestellt sein oder werden, dass sich jeweils mindestens eine der Verbindungstrukturen durch eine zugehörige Durchgangsöffnung in dem Bauteil hindurch erstrecken kann. Somit kann zumindest eine Formschlussverbindung gebildet sein oder werden.
In Beispiel 14 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 13 optional aufweisen, dass Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen.
In Beispiel 15 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 14 optional aufweisen, dass Gewebestrukturelemente der zweiten Gewebestruktur mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: ein Polymer; eine Keramik; Kohlenstoff; Glas.
In Beispiel 16 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 15 optional aufweisen, dass Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur senkrecht zu deren Längserstreckung einen eckigen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt aufweisen. Der eckige Querschnitt kann beispielsweise eine Anzahl von 2 bis 8 Ecken aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, können die Gewebestrukturelemente Flachdrähte bzw. Flachbänder aufweisen oder sein.
In Beispiel 17 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 16 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur formstabil ausgebildet sind.
In Beispiel 18 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur formstabil ausgebildet sind. Beispielsweise können die Gewebestrukturelemente derart ausgebildet sein, dass diese eine bevorzugte Form aufweisen und, sofern diese aus dieser bevorzugten Form ausgelenkt werden, federelastisch in diese zurückkehren.
In Beispiel 19 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 1 bis 18 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente der ersten Gewebestruktur mehrere Endabschnitte aufweisen, welche sich ausgehend von dem jeweiligen Gewebestrukturelement von der Hybridgewebelage weg erstrecken und somit die Verbindungsstrukturen bilden.
Beispiel 20 ist ein Verbundbauteil, aufweisend: ein erstes Bauteil aufweisend ein Matrixmaterial und mindestens eine in das Matrixmaterial eingebettete Gewebestruktur; mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei die Verbindungsstrukturen zumindest abschnittweise frei von dem Matrixmaterial sind; und ein zweites Bauteil, welches derart an dem ersten Bauteil befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des zweiten Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet. Die Verbindungsstrukturen können sich beispielsweise jeweils aus dem Matrixmaterial heraus erstrecken oder an einer Oberfläche des Matrixmaterial bzw. des ersten Bauteils freiliegen.
In Beispiel 21 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 20 optional aufweisen, dass das Matrixmaterial mindestens eines der folgenden Materialien aufweist oder ist: ein Polymer; eine Keramik; Kohlenstoff; Glas.
In Beispiel 22 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 20 oder 21 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente der Gewebestruktur und/oder zumindest einige der Verbindungsstrukturen ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen.
Beispiel 23 ist ein Verbundbauteil, aufweisend: ein erstes Bauteil aufweisend mindestens eine Gewebestruktur, ein zweites Bauteil aufweisend mindestens einen Abschnitt, der aus einem Polymermaterial gebildet ist, und mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei die Verbindungsstrukturen sich jeweils in das zweite Bauteil hinein erstrecken derart, dass der mindestens eine Abschnitt des zweiten Bauteils eine Formschlussverbindung und/oder eine Kraftschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
In Beispiel 24 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 23 optional aufweisen, dass die Verbindungsstrukturen derart geformt sind, dass diese jeweils einen Aufnahmebereich bilden, in welchen Polymermaterial des mindestens einen Abschnitts des zweiten Bauteils aufgenommen ist zum Erzeugen der Formschlussverbindung.
Beispiel 25 ist ein Verbundbauteil, aufweisend: ein erstes Bauteil aufweisend eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche und eine zwischen den beiden Oberflächen angeordnete Gewebestruktur; und mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der Gewebestruktur verbunden und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind, und welche sich jeweils zumindest bis zur ersten Oberfläche und zumindest bis zur zweiten Oberfläche erstrecken; wobei die Verbindungsstrukturen jeweils ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen zum schweißtechnischen Verbinden (vorzugsweise
unter Verwendung einer Schweißzange) des ersten Bauteils mit mindestens einem zweiten metallischen Bauteil mittels der Verbindungsstrukturen.
Beispiel 26 ist eine Hybridgewebelage aufweisend: eine erste Gewebestruktur, eine zweite Gewebestruktur und eine zwischen der ersten Gewebestruktur und der zweiten Gewebestruktur angeordnete dritte Gewebestruktur, wobei die drei Gewebestrukturen (z.B. textiltechnisch, vorzugsweise webtechnisch) miteinander verbunden sind, und wobei die erste Gewebestruktur und die zweite Gewebestruktur aus einem Metallmaterial gefertigt sind oder zumindest ein Metallmaterial aufweisen, und elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Beispiel 27 ist eine Hybridgewebelage aufweisend: eine erste Gewebestruktur, eine zweite Gewebestruktur, wobei die zweite Gewebestruktur derart ausgebildet ist, dass ein oder mehrere erste Abschnitte der zweiten Gewebestruktur über einer ersten Seite der ersten Gewebestruktur angeordnet sind und dass ein oder mehrere zweite Abschnitte der zweiten Gewebestruktur über einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Gewebestruktur angeordnet sind, wobei die beiden Gewebestrukturen (z.B. textiltechnisch, vorzugsweise webtechnisch) miteinander verbunden sind, und wobei die zweite Gewebestruktur aus einem Metallmaterial gefertigt ist oder zumindest ein Metallmaterial aufweist.
Beispiel 28 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur und Verbindungsstrukturen, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind; Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil zumindest einen Abschnitt aus einem Polymermaterial aufweist; und Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels Einbringens der Verbindungsstrukturen in das Polymermaterial.
Beispiel 29 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur sowie Verbindungsstrukturen aus einem Metallmaterial, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind; Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil zumindest einen Abschnitt aus einem Metallmaterial aufweist; und Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels stoffschlüssigen Verbindens (Schweißen und/oder Löten) der Verbindungsstrukturen mit dem Abschnitt des zweiten Bauteils.
Beispiel 30 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur sowie Verbindungsstrukturen, welche mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur ausgebildet sind; Bereitstellen eines zweiten Bauteils, wobei das zweite Bauteil mehrere Durchgangslöcher
aufweist; und Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels Einbringens der jeweiligen Verbindungsstrukturen in die mehrere Durchgangslöcher des zweiten Bauteils, und vorzugsweise mittels anschließendem formschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Walzens oder Knickens) und/oder stoffschlüssigen Verbindens (z.B. mittels Schweißens, Lötens, Klebens) der Verbindungsstrukturen mit dem zweiten Bauteil.
Beispiel 31 ist ein Verbundbauteil, aufweisend: eine Gewebelage aufweisend eine Gewebestruktur; mehrere Verbindungsstrukturen, welche mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen jeweils von der Gewebelage weg erstrecken; und ein Bauteil, welches derart an der Gewebelage befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
In Beispiel 32 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 31 optional aufweisen, dass die Gewebelage als Hybridgewebelage ausgebildet ist und ferner mindestens eine mit der Gewebestruktur verbundene weitere Gewebestruktur aufweist, wobei die Gewebestruktur verschieden von der mindestens einen weiteren Gewebestruktur ist.
In Beispiel 33 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 31 optional aufweisen, dass die Gewebestruktur der Gewebelage abschnittsweise mit mindestens einer weiteren Gewebestruktur verbunden ist, wobei die Gewebestruktur verschieden von der mindestens einen weiteren Gewebestruktur ist.
In Beispiel 34 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 33 optional aufweisen, dass die Gewebelage oder zumindest die Gewebestruktur zumindest teilweise in ein Matrixmaterial eingebettet ist.
In Beispiel 35 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 34 optional aufweisen, dass zumindest die Gewebelage und das Matrixmaterial ein Grundbauteil (anschaulich ein erstes Bauteil) bilden, welches mit dem Bauteil (anschaulich einem zweiten Bauteil) verbunden ist.
In Beispiel 36 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 34 oder 35 optional aufweisen, dass zumindest ein Abschnitt der jeweiligen Verbindungsstrukturen frei von dem Matrixmaterial ist bzw. nicht in das Matrixmaterial eingebettet ist.
In Beispiel 37 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 34 bis 36 optional aufweisen, dass das Matrixmaterial mindestens eines von Folgendem aufweist: ein Polymermaterial, ein Elastomer, ein Metallmaterial, eine Keramikmaterial, ein Duromer, Gips, Beton, ein Schaummaterial.
In Beispiel 38 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 37 optional aufweisen, dass die Gewebestruktur ein Kettsystem und/oder mindestens ein Schusssystem aufweist mit einer außerhalb der Kettebene bzw. der Schussebene verlaufenden zweidimensionalen Fadenform.
In Beispiel 39 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 38 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente der Gewebestruktur derart ausgestaltet sind, dass sich jeweils mehrere Abschnitte eines Gewebestrukturelements von der Gewebelage weg erstrecken und somit die Verbindungsstrukturen ausbilden.
In Beispiel 40 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 39 optional aufweisen, dass das Bauteil ein Metallmaterial aufweist oder daraus besteht, dass die Verbindungstrukturen ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen, und dass das Bauteil mittels einer Schweißverbindung und/oder mittels einer Lötverbindung mit den Verbindungstrukturen verbunden ist.
In Beispiel 41 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 40 optional aufweisen, dass das Bauteil mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, die derart passend zu den Verbindungsstrukturen bereitgestellt sind, dass sich die jeweiligen die Verbindungstrukturen durch jeweilige Durchgangsöffnungen in dem Bauteil hindurch erstrecken können, so dass zumindest eine Formschlussverbindung gebildet ist.
In Beispiel 42 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 41 optional aufweisen, dass Gewebestrukturelemente der Gewebestruktur senkrecht zu deren Längserstreckung einen eckigen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise bandförmig ausgestaltet sind.
In Beispiel 43 kann das Verbundbauteil gemäß einem der Beispiele 31 bis 42 optional aufweisen, dass zumindest einige Gewebestrukturelemente der Gewebestruktur formstabil ausgebildet sind.
Beispiel 44 ist ein Verbundbauteil, aufweisend: mindestens eine Gewebestruktur, ein Bauteil aufweisend mindestens einen Abschnitt, der aus einem Matrixmaterial gebildet ist, und Verbindungsstrukturen, welche mit der mindestens einen Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen jeweils in das Bauteil hinein erstrecken derart, dass der mindestens eine Abschnitt des Bauteils eine Formschlussverbindung und/oder eine Kraftschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
In Beispiel 45 kann das Verbundbauteil gemäß Beispiel 44 optional aufweisen, dass das Matrixmaterial des Bauteils mindestens eines von Folgendem aufweist: ein Polymermaterial, ein Elastomer, ein Metallmaterial, eine Keramikmaterial, ein Duromer, Gips, Beton, ein Schaummaterial.
Beispiel 46 ist ein Bauteil, aufweisend: eine Gewebelage gebildet aus Gewebestrukturelementen, welche formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei jeweils einander benachbarte Gewebestrukturelemente der Gewebelage einen ersten Abstand voneinander aufweisen, und wobei zumindest einige der Gewebestrukturelemente derart geformt sind, dass diese jeweils mehrere Verbindungsabschnitte ausbilden, die sich von der Gewebelage weg erstrecken zum Verbinden der Gewebelage mit einem Bauteil, wobei jeweils einander benachbarte Verbindungsabschnitte der mehreren Verbindungsabschnitte einen zweiten Abstand voneinander aufweisen, der größer ist als der erste Abstand.
In Beispiel 47 kann das Bauteil gemäß Beispiel 46 optional aufweisen, dass die Verbindungsabschnitte und/oder die Gewebestrukturelemente in Metallmaterial oder ein Faserverbundmaterial aufweisen oder daraus bestehen. Anschaulich können die Verbindungsabschnitte formstabil ausgebildet sein, so dass diese beispielsweise in ein Matrixmaterial eingepresst werden können zum Fierstellen einer Verbindung zu einem Bauteil, welches das Matrixmaterial, in welches die Verbindungsabschnitte eingepresst werden können, aufweist oder daraus besteht.
In Beispiel 48 kann das Bauteil gemäß Beispiel 46 oder 47 optional aufweisen, dass die Gewebestrukturelemente bandförmig ausgebildet sind.
In Beispiel 49 kann das Bauteil gemäß einem der Beispiel 46 bis 48 optional aufweisen, dass die Verbindungsabschnitte dadurch ausgebildet sind, dass die jeweiligen (z.B. bandförmigen) Gewebestrukturelemente mehrfach geknickt und/oder gebogen sind.
In Beispiel 50 kann das Bauteil gemäß einem der Beispiel 46 bis 49 optional aufweisen, dass zumindest die Gewebestrukturelemente, welche die jeweiligen Verbindungsabschnitte ausbilden, formstabil sind.
In Beispiel 51 kann das Bauteil gemäß einem der Beispiel 46 bis 50 optional aufweisen, dass die Gewebelage eine FHybridgewebelage ist, wobei die Gewebestrukturelemente Teil einer ersten Gewebestruktur sind und wobei die FHybridgewebelage mindestens eine weitere Gewebestruktur aufweist.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verbundbauteil. Ein Verbundbauteil kann beispielsweise als ein Bauteil oder eine Struktur mit mindestens zwei Komponenten (z.B. mit einer
Gewebestruktur und einem Bauteil, mit einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, etc.) verstanden werden, die miteinander verbunden sind.
Verbindungsstrukturen, wie hierin beschrieben (siehe Beispiel 1 bis 51), können beispielsweise Bestandteile der ersten Gewebestruktur sein. Verbindungselemente können beispielsweise bereits während der Herstellung der ersten Gewebestruktur in diese integriert werden, z.B. können die Verbindungselemente Abschnitte von längserstreckten Elementen (z.B. Fäden, Bändern, etc.) sein, aus denen die erste Gewebestruktur gebildet ist, z.B. können die Verbindungselemente mit längserstreckten Elementen (z.B. Fäden, Bändern, etc.), aus denen die erste Gewebestruktur gebildet ist, körperlich verbunden sein (z.B. verklebt sein, verschweißt sein, etc.). Gemäß einigen Aspekten können sich die Verbindungsstrukturen nur einseitig von der ersten Gewebestruktur ausgehend von der ersten Gewebestruktur weg erstrecken. Gemäß einigen Aspekten können sich die Verbindungsstrukturen nicht durch die erste Gewebestruktur hindurch erstrecken. Es versteht sich, dass Funktionen, konstruktive Ausgestaltungen, Materialeigenschaften, etc., die hierin mit Bezug auf ein Verbundmaterial beschrieben sind, auch in gleicher weise in einem entsprechenden Herstellungsverfahren implementiert sein können und vice versa.
Claims
1. Verbundbauteil (100, 300, 400, 500), aufweisend: eine Gewebelage aufweisend eine Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512); Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520), welche mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder welche an der Gewebestruktur ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen jeweils von der Gewebelage weg erstrecken; und ein Bauteil (130, 300b, 400b, 500b), welches derart an der Gewebelage (110) befestigt ist, dass mindestens ein Abschnitt des Bauteils eine Formschlussverbindung, eine Kraftschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen bildet.
2. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 1 , wobei die Gewebelage als Hybridgewebelage (110) ausgebildet ist und ferner mindestens eine mit der Gewebestruktur (112a) verbundene weitere Gewebestruktur (112b) aufweist; oder wobei die Gewebestruktur (112a) der Gewebelage abschnittsweise mit mindestens einer weiteren Gewebestruktur (112b) verbunden ist.
3. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gewebelage oder zumindest die Gewebestruktur (112a) zumindest teilweise in ein Matrixmaterial (140, 340) eingebettet ist; vorzugsweise bilden zumindest die Gewebelage und das Matrixmaterial (140, 340) ein Grundbauteil (150, 300a, 400a, 500a), welches mit dem Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) verbunden ist.
4. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 3, wobei zumindest ein Abschnitt der jeweiligen Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) frei von dem Matrixmaterial (140, 340) ist bzw. nicht in das Matrixmaterial (140, 340) eingebettet ist, wobei das Matrixmaterial (140, 340) vorzugsweise mindestens eines von Folgendem aufweist: ein Polymermaterial, ein Elastomer, ein Metallmaterial, eine Keramikmaterial, ein Duromer, Gips, Beton, ein Schaummaterial.
5. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gewebestruktur (112a) ein Kettsystem und/oder mindestens ein Schusssystem aufweist mit einer außerhalb der Kettebene bzw. der Schussebene verlaufenden zweidimensionalen Fadenform.
6. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest einige Gewebestrukturelemente (212a) der Gewebestruktur (112a) derart ausgestaltet sind, dass sich jeweils mehrere Abschnitte (220) eines Gewebestrukturelements (212a)
von der Gewebelage weg erstrecken und somit die Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) ausbilden.
7. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) ein Metallmaterial aufweist oder daraus besteht, wobei die Verbindungstrukturen (120, 320, 420, 520) ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen, und wobei das Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) mittels einer Schweißverbindung und/oder mittels einer Lötverbindung mit den Verbindungstrukturen (120, 320, 420, 520) verbunden ist.
8. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, die derart passend zu den Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) bereitgestellt sind, dass sich die jeweiligen die Verbindungstrukturen (120, 320, 420, 520) durch jeweilige Durchgangsöffnungen in dem Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) hindurch erstrecken können, so dass zumindest eine Formschlussverbindung gebildet ist.
9. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Gewebestrukturelemente (212a) der Gewebestruktur (112a) senkrecht zu deren
Längserstreckung einen eckigen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise bandförmig ausgestaltet sind; und/oder wobei zumindest einige Gewebestrukturelemente (212a) der Gewebestruktur (112a) formstabil ausgebildet sind.
10. Verbundbauteil (100, 300, 400, 500), aufweisend: mindestens eine Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512), ein Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) aufweisend mindestens einen Abschnitt, der aus einem Matrixmaterial gebildet ist, und
Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520), welche mit der mindestens einen Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512) verbunden sind und/oder welche an der mindestens einen Gewebestruktur (112a, 312, 412, 512) ausgebildet sind, wobei sich die Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) jeweils in das Bauteil (130, 300b, 400b, 500b) hinein erstrecken derart, dass der mindestens eine Abschnitt des Bauteils (130, 300b, 400b, 500b) eine Formschlussverbindung und/odereine Kraftschlussverbindung mit den Verbindungsstrukturen (120, 320, 420, 520) bildet.
11. Das Verbundbauteil (100, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 3, wobei das Matrixmaterial mindestens eines von Folgendem aufweist: ein Polymermaterial, ein Elastomer, ein Metallmaterial, eine Keramikmaterial, ein Duromer, Gips, Beton, ein Schaummaterial.
12. Verbundbauteil (500), aufweisend: ein erstes Bauteil (500a) aufweisend eine erste Oberfläche (502), eine zweite Oberfläche (512) und eine zwischen den beiden Oberflächen (502a, 502b) angeordnete Gewebestruktur (512);
Verbindungsstrukturen (520), welche mit der Gewebestruktur (512) verbunden und/oder an der Gewebestruktur (512) ausgebildet sind, und welche sich jeweils zumindest bis zur ersten Oberfläche (502a) und zumindest bis zur zweiten Oberfläche (502b) erstrecken; wobei die Verbindungsstrukturen (520) jeweils ein Metallmaterial aufweisen oder daraus bestehen zum schweißtechnischen Verbinden des ersten Bauteils (500a) mit mindestens einem zweiten Bauteil (500b) mittels der Verbindungsstrukturen (520).
13. Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, das Verfahren aufweisend:
Bereitstellen eines ersten Bauteils aufweisend eine Gewebestruktur und
Verbindungsstrukturen, wobei die Verbindungsstrukturen mit der Gewebestruktur verbunden sind und/oder an der Gewebestruktur ausgebildet sind;
Bereitstellen eines zweiten Bauteils; und
Befestigen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils aneinander mittels der Verbindungsstrukturen.
14. Bauteil, aufweisend: eine Gewebelage (110) gebildet aus Gewebestrukturelementen (212a, 214, 216), welche formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei jeweils einander benachbarte Gewebestrukturelemente der Gewebelage (110) einen ersten Abstand voneinander aufweisen, und wobei zumindest einige der Gewebestrukturelemente (212a) derart geformt sind, dass diese jeweils mehrere Verbindungsabschnitte (120, 220, 320, 420, 520) ausbilden, die sich von der Gewebelage (110) weg erstrecken zum Verbinden der Gewebelage (110) mit einem Bauteil (130, 300b 400b, 500b), wobei jeweils einander benachbarte Verbindungsabschnitte der mehreren Verbindungsabschnitte (120, 220, 320, 420, 520) einen zweiten Abstand voneinander aufweisen, der größer ist als der erste Abstand.
15. Bauteil gemäß Anspruch 14, wobei die Verbindungsabschnitte (120, 220, 320, 420, 520) und/oder die Gewebestrukturelemente (212a, 214, 216) ein Metallmaterial oder ein Faserverbundmaterial aufweisen oder daraus bestehen; und/oder wobei die Gewebestrukturelemente bandförmig ausgebildet sind, und wobei die Verbindungsabschnitte dadurch ausgebildet sind, dass die jeweiligen bandförmigen Gewebestrukturelemente mehrfach geknickt und/oder gebogen sind.
16. Bauteil gemäß Anspruch 14 oder 15;
wobei zumindest die Gewebestrukturelemente, welche die jeweiligen Verbindungsabschnitte ausbilden, formstabil sind; und/oder wobei die Gewebelage (110) eine Hybridgewebelage ist, wobei die Gewebestrukturelemente Teil einer ersten Gewebestruktur sind und wobei die Hybridgewebelage mindestens eine weitere Gewebestruktur aufweist.
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