zweiten Bauteil

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Faser ^¬ verbund-Bauteils mit einem zweiten Bauteil.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung. Es ist bekannt, aus einem Faserverbundwerkstoff bestehende Fa ^¬ serverbund-Bauteile beliebiger Gestalt und Größe mit Bauteilen aus anderen Faserverbundwerkstoffen oder aus Nichtfaserver- bund-Werkstoffen, wie z.B. aus Metall oder Kunststoff zu ver ^¬ binden . Bekanntermaßen wird die Verbindung von Faserverbund-Bauteilen mit Bauteilen aus anderen Faserverbundwerkstoffen oder Nicht ^¬ faserverbund-Werkstoffen, wie z.B. aus Kunststoff, Metall oder metallischen Strukturen, weitestgehend mit Hilfe von Klebun ^¬ gen, Schraub- oder Nietverbindungen oder durch Vernähen reali- siert . Verbindung von Faserverbund-Bauteilen mit Bauteilen aus anderen Kunststoffen oder Faserverbundwerkstoffen werden zu ^¬ meist geklebt.

Aus der Druckschrift DE 102 38 669 AI ist ein dreidimensional geformtes Bauteil, bei dem ein erstes Bauelement aus einem me- tallischen Werkstoff mit einem Bauelement aus einem Faserver ^¬ bundwerkstoff verbunden ist, bekannt. Nachteilig bei solchen Verbindungen unter Verwendung der Klebetechnik ist oft eine ungenügende und unzuverlässige Festigkeit der Verbindung. Auch stofflichen Verbindungen von beispielsweise duroplasti ^¬ schen Faserverbund-Bauteilen mit einem thermoplastischen Bau ^¬ teil sind sehr schwierig herzustellen, wobei die erzielte Fes ^¬ tigkeit meist nicht zufriedenstellend ist.

Wiederum sind Schraub- und Nietverbindungen dieser Bauteile aufwendig herzustellen. Insbesondere wird für die Herstellung dieser Schraub- und Nietverbindungen ein spezielles Verbin ^¬ dungselement benötigt, das einerseits in mindestens einem ge ^¬ sonderten Fertigungsprozess bereitzustellen und in einem wei ^¬ teren Fertigungsschritt einzufügen ist, was den Herstellungs- aufwand und die Herstellungskosten der Verbindungen stark be ^¬ stimmt. Zudem sind diese Arten von Verbindungen meist massein ^¬ tensiv, wobei dennoch eine Schwächung des Materials der Bau ^¬ teile, insbesondere des Faserverbundmaterials des Faserver ^¬ bund-Bauteils, zu beobachten ist. Aus der Druckschrift DE 196 08 127 AI ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Faserverbund- Bauteils bekannt, bei dem Faserlagen im ungeformten Zustand mit örtlichen Verstärkungsteilen, wie metallischen Befesti ^¬ gungselementen, zu einem planaren, integralen Faserhalbzeug vernäht werden und anschließend das Faserhalbzeug in einem

Formwerkzeug unter Druck- und Wärmeinwirkung in die dreidimen ^¬ sionale Bauteilgeometrie umgeformt und konsolidiert wird.

Nachteilig bei den Verbindungen von Faserhalbzeugen durch Ver ^¬ nähen ist, dass für diesen Arbeitsschritt eine gesonderte An- läge benötigt wird und der Nähprozess sehr aufwendig ist. Mit dem Nähfaden wird ein zusätzlicher Werkstoff eingebracht, der die Qualität der Verbindung unkontrolliert beeinflussen kann. Mögliche Fehlstellen der Naht können eine Gefahr für die Si ^¬ cherheit der Verbindung bilden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine aufwands ^¬ arme, kostengünstige und hochfeste Verbindung zwischen einem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff und einem zweiten Bauteil aus einem anderen Faserverbundwerkstoff oder einem Nichtfaser ^¬ verbundwerkstoff zu schaffen und ein entsprechendes kosten ^¬ günstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungsanord ^¬ nung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, wonach das - aus einem anderen Werkstoff als das Faserverbund-Bauteil bestehende - zweite Bauteil zumindest einen flächigen Ab ^¬ schnitt mit einer oder mehreren den flächigen Abschnitt durch- dringenden Aussparung (en) aufweist und dieser flächige Ab ^¬ schnitt zwischen wenigstens zwei Teilschichten des Faserver ^¬ bund-Bauteils angeordnet ist, wobei zumindest eine der Teil ^¬ schichten in die Aussparung (en) eingeformt ausgebildet ist.

Bei dieser Lösung ist ein Formschluss des Faserverbund- Bauteils mit dem zweiten Bauteil erzeugt, wobei der Form ^¬ schluss durch Hinterschneidung (en) zumindest einer der beiden, am zweiten Bauteil flächig anliegenden Teilschicht des Faser ^¬ verbund-Bauteils im Bereich der Aussparung (en) des zweiten Bauteils gebildet ist. Die Prägung (en) bzw. Hinterschei- dung(en) der anliegenden Teilschicht und der Verbund beider

Teilschichten des Faserverbund-Bauteils ergeben bei einem fer ^¬ tiggestellten, ausgehärteten Faserverbund-Bauteil einen siche ^¬ ren und festen Halt der gebildeten Verbindung.

Die erfindungsgemäße Ausführung sieht wahlweise auch die Hin- terschneidung (en) beider, am zweiten Bauteil beidseitig flä ^¬ chig anliegenden Teilschichten des Faserverbund-Bauteils im Bereich der Aussparung (en) des zweiten Bauteils vor. Insofern ist ein doppelseitiger Formschluss des Faserverbund-Bauteils mit dem zweiten Bauteil gebildet.

Die formschlüssige Verbindung der flächigen Abschnitte dieser Bauteile verbessert die Verbindungsqualität der Bauteile er- heblich, ohne dass zusätzlich spezielle Verbindungselemente oder zusätzliche Klebstoffe erforderlich sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Her ^¬ stellung dieser Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Pa ^¬ tentanspruches 9 gelöst. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren nach dem Patentanspruch 9 vorgeschlagen, dass flächige Abschnitt des zweiten Bauteils zwischen we ^¬ nigstens zwei Teilschichten einer Preform des Faserver ^¬ bund-Bauteils positioniert wird, so dass die Teilschichten eben am flächigen Abschnitt des zweiten

Bauteils anliegen, wobei wenigstens eine Teilschicht eine oder mehrere den flächigen Abschnitt des zweiten Bauteils durchdringende

Aussparung (en) abdeckt und flächig überlappt, anschließend wenigstens eine Teilschicht mittels eines

Formwerkzeuges in die Aussparung (en) eingeformt wird, so dass sich die Preform des Faserverbund-Bauteils mit dem zweiten Bauteil formschlüssig verbindet, und

- vor oder nach dem Entformen der gefügten Verbindungsan ^¬ ordnung die Preform des Faserverbund-Bauteils konsoli ^¬ diert wird.

Die formschlüssige, vorzugsweise zusätzlich stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Faserverbund-Bauteil mit mindestens zwei Teilschichten und dem zweiten Bauteil wird durch die Um- Schließung des flächigen Abschnitts des zweiten Bauteils durch die obere und untere Teilschicht des Faserverbund-Bauteils re ^¬ alisiert. Die formschlüssige Verbindung entsteht zwischen der oberen und unteren Teilschicht im Bereich der Aussparung (en) des zweiten Bauteils.

Während des Formprozesses mindestens einer Teilschicht der Preform des Faserverbund-Bauteils wird die formschlüssige Ver ^¬ bindung, in Form von Prägungen der Teilschicht (en) , die mit ^¬ tels eines Formwerkzeuges in die Aussparung (en) des in das zu ^¬ gleich in das Formwerkzeug eingelegte, zweiten Bauteils einge ^¬ formt werden, hergestellt.

Die Verbindung wird gleichzeitig mit der Formgebung des Faser ^¬ verbund-Bauteils erzeugt, was die notwendigen Verfahrens ^¬ schritte zur Herstellung der Verbindungsanordnung minimiert.

In einem Verfahrensschritt erfolgt die Formung des Faserver ^¬ bund-Bauteils und Verbindung mit dem zweiten Bauteil, wobei ein Hinterschnitt in der Übergangszone zwischen der Prägung der Teilschicht (en) und dem zweiten Bauteil entsteht. Vorzugs ^¬ weise erfolgt das Formen der Teilschichten des Faserverbund- Bauteils unter Beisein oder Zugabe vom Matrixmaterial, so dass während des Formens überschüssiges Matrixmaterial die noch verbleibenden Hohlräume der Hinterschnittverbindung füllt. Das überschüssige Matrixmaterial dient als Füllmaterial und trägt im festen Zustand zusätzlich zur Festigkeit der Verbindungsan ^¬ ordnung bei .

Bei der Konsolidierung der mit dem zweiten Bauteil verbundenen Preform des Faserverbund-Bauteils, nämlich beim Aushärten bzw. Verfestigen des Faserverbundmaterials, wird das Matrixmaterial in einen festen Zustand überführt und zugleich die Prägungen der zwei Teilschichten im Bereich der Aussparung (en) formen ^¬ fest fixiert und vorzugsweise in einer gemeinsamen Kontaktzone miteinander verklebt. Bei der Konsolidierung unter Beisein o- der Zugabe vom Matrixmaterial kann außerdem jeweils eine der beiden Teilschichten zumindest im flächigen Randbereich um die Aussparung mit dem zweiten Bauteil verklebt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert die Hilfsmaterialien und die notwendigen Arbeitsschritte zur Herstellung der Ver- bindungsanordnung, da infolge der geschaffenen Form- und ggf. Stoffschlüssigkeit kein zusätzliches Bohren, Nieten oder Nähen nötig ist. Trotz der Einsparung von speziellen Verbindungsele ^¬ menten und der entsprechenden Arbeitsschritte wird mit dem Verfahren eine vorteilhafte hochfeste Verbindung zwischen den Bauteilen erzielt.

Vorzugsweise wird bereits im Preform-Stadium eine eigenstabi ^¬ le, formschlüssige Verbindungsanordnung geschaffen, die noch vor dem Konsolidieren, aus dem Formwerkzeug entnommen werden kann. Damit wird die Fertigungsdauer im Formwerkzeug verrin- gert, wodurch die Ausnutzungsrate des Formwerkzeuges erhöht werden kann.

Nach vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver ^¬ fahrens kann die hochfeste Verbindung der Verbindungsanordnung zwischen dem Faserverbund-Bauteil und dem zweiten Bauteil mit Hilfe von zwei Teilwerkzeugen realisiert werden. Eine oder beide Werkzeugflächen zum Einformen der Teilschicht (en) können formstabil oder formlabil ausgebildet sein. Auch die Form der Prägung in den Teilschicht (en) kann mit Hilfe verschiedener Gestaltungen des Formwerkzeuges bzw. der Teilwerkzeuge be- stimmt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung und des erfindungsgemä ^¬ ßen Herstellungsverfahrens einer Verbindungsanordnung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 8 bzw. 10 bis 15 so- wie der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeich ^¬ nungen hervor.

Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung und das erfindungs ^¬ gemäße Verfahren zu deren Herstellung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeich ^¬ nungen zeigen in stilisierter Darstellung in

Fig. la eine Schnittansicht einer Verbindunganordnung eines

Faserverbund-Bauteils mit zwei Teilschichten mit ei- nem flächigen Abschnitt eines metallischen Bauteils,

Fig. lb eine Schnittansicht einer Verbindunganordnung eines

Faserverbund-Bauteils mit zwei Teilschichten mit ei ^¬ nem flächigen Abschnitt eines metallischen Bauteils nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Verbindungsanordnung eines

Faserverbund-Bauteils mit zwei Teilschichten mit ei ^¬ nem flächigen Abschnitt eines metallischen Bauteils nach einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2b eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach

Fig. 2a,

Fig. 2c eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach

Fig. 2a in einer zweiten Ausführungsvariante mit vier Teilschichten,

Fig. 2d eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach

Fig. 2a in einer dritten Ausführungsvariante mit vier

Teilschichten und einer Zwischenschicht,

Fig. 3a eine Draufsicht auf eine Verbindunganordnung eines

Faserverbund-Bauteils mit zwei Teilschichten mit ei ^¬ nem flächigen Abschnitt eines metallischen Bauteils nach einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3b eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach

Fig. 3a,

Fig. 3c eine Draufsicht auf die Verbindungsanordnung nach

Fig. 3a in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 3d eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach Fig. 3c, eine Schnittansicht eines zweitteiligen Formwerkzeu ^¬ ges mit einer Preform des Faserverbund-Bauteils und einem zweiten Bauteil in einer ersten Fertigungsphase zur Fertigung der Verbindungsanordnung nach Fig. la,

Verfahrensanordnung nach Fig. 4a in einer zweiten Fertigungsphase,

Verfahrensanordnung nach Fig. 4a in einer dritten Fertigungsphase,

Verfahrensanordnung nach Fig. 4a in einer vierten Fertigungsphase, eine Schnittansicht eines zweitteiligen, formlabilen Formwerkzeuges mit einer Preform des Faserverbund- Bauteils und einem zweiten Bauteil in einer ersten Fertigungsphase zur Fertigung der Verbindungsanord ^¬ nung nach Fig. lb,

Verfahrensanordnung nach Fig. 5a in einer zweiten Fertigungsphase,

Verfahrensanordnung nach Fig. 5a in einer dritten Fertigungsphase,

Verfahrensanordnung nach Fig. 5a in einer vierten Fertigungsphase, eine Schnittansicht eines zweitteiligen Formwerkzeu ^¬ ges mit einer Preform des Faserverbund-Bauteils und einem zweiten Bauteil in einer Verfahrensanordnung zur Fertigung der Verbindungsanordnung nach Fig. lb,

Fig. 7a eine Schnittansicht einer Fertigungsanlage zur konti ^¬ nuierlich getakteten Inline-Fertigung einer Verbin- dungsanordnung nach Fig. 2a mit mehreren Prägungen nach Fig. lb,

Fig. 7b Fertigungsanlage nach Fig. 7a in einer zweiten Ferti ^¬ gungsphase und Fig. 7c Fertigungsanlage nach Fig. 7a in einer dritten Ferti ^¬ gungsphase .

Fig. la zeigt eine erfindungsgemäße Verbindunganordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem metallischen Bauteil 2, des ^¬ sen flächiger Abschnitt 3 zwischen zwei Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 angeordnet ist. Faserverbund-Bauteil 1 und metallisches Bauteil 2 sind jeweils nur auszugsweise dar ^¬ gestellt. Sie können beliebig, dreidimensional geformte Bau ^¬ teile, z.B. Bauteile einer Fahrzeugkarosserie, sein, die nach diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß zusammengefügt sind.

Der flächige Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 hat eine, das Bauteil 2 durchdringende Aussparung 6 in Form eines Loches 6 mit rundem Lochquerschnitt. Der Lochdurchmesser dLoch der Aus ^¬ sparung 6 ist im Ausführungsbeispiel deutlich größer als die Dicke S _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2. Die obere und untere Teilschicht 4, 5 aus Faserverbundmate ^¬ rial liegt jeweils an einer Oberseite und einer Unterseite des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2 an. Die obere wie auch die untere Teilschicht 4, 5 des Faserverbund- Bauteils 1 sind in die Aussparung 6 eingeformt ausgebildet und weisen je eine zur Form der Aussparung 6 korrespondierende Prägung 7, 8 mit rundem Querschnitt auf. Die Form der Prägun ^¬ gen 7, 8 der oberen und unteren Teilschicht 4, 5 wird darüber hinaus von der Dicke S _M des flächigen Abschnitts 3 des metalli- sehen Bauteils 2 und der Schichtdicke S _F der Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 bestimmt. Die Prägungen 7, 8 der Teilschichten 4, 5 ergeben im Bereich der Aussparung 6 einen Hinterschnitt. Die Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 sind als Endprodukt sehr stabil und formfest, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Faserverbund-Bauteil 1 und dem metallischen Bauteil 2 be ^¬ wirkt ist. Im Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Prägun ^¬ gen 7, 8 der Teilschichten 4, 5 soweit in die Aussparung 6, dass sie eine gemeinsame Kontaktzone 9 bilden und damit die Aussparung 6 vollständig umschließen. Die Prägungen 7, 8 der oberen und der unteren Teilschicht 4, 5 sind zudem jeweils gleichartig ausgebildet und erstrecken sich in etwa gleich tief, so dass sie eine spiegelsymmetrische An ^¬ ordnung und Gestalt in der Aussparung 6 ergeben.

Die Verbindungsanordnung nach Fig. la ist demnach mit einer symmetrischen Prägeform PI der Teilschichten 4, 5 des Faser ^¬ verbund-Bauteils 1 ausgestattet.

Ein ringförmiger Hohlraum 10, der sich im Randbereich zwischen den Prägungen 7, 8 der oberen und unteren Teilschicht 4, 5 und der Aussparung 6 ergibt, ist mit Füllmaterial 11, insbesondere mit überschüssigem Matrixmaterial oder einem anderen Kleb ^¬ stoff, ausgefüllt. Im verfestigten Zustand des Füllmaterials 11 sind die Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 miteinander und mit dem metallischen Bauteil 2 verklebt. Damit ist zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung eine stoff- schlüssige Verbindung zwischen dem Faserverbund-Bauteil 1 und dem metallischen Bauteil 2 vorhanden. Das verfestigte Füllma ^¬ terial 11 im ringförmigen Hohlraum 10 erhöht zudem die Stabi ^¬ lität der Prägungen 7, 8 der oberen und unteren Teilschicht 4, 5 im Bereich der Aussparung 6 und unterstützt somit die form- schlüssige Verbindung. Das verfestigte Füllmaterial 11 trägt somit mehrfach vorteilhaft zur Festigkeit der Verbindungsan ^¬ ordnung bei . Fig. lb zeigt eine zur Verbindunganordnung nach Fig. la alter ^¬ native Verbindunganordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem metallischen Bauteil 2 nach einem zweiten Ausführungs ^¬ beispiel. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen nachfolgend nur die sich gegenüber der Verbindunganordnung nach Fig. la unterscheidenden Merkmale und Bauteile beschrieben werden. Gleiche Bauteile mit gleicher Funktion haben gleiche Bezugs ^¬ zeichen .

Im Unterschied zur Verbindunganordnung nach Fig. la ist bei der Verbindungsanordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel nur in der oberen Teilschicht 4 des Faserverbund-Bauteils 1 eine in die Aussparung 6 des metallischen Bauteils 2 einge ^¬ formte Prägung 7 ausgebildet. Die unter Teilschicht 5 ist vollständig - auch im Bereich der Aussparung 6 - planar ausge- bildet und weist keine Prägung auf. Die Prägung 7 der oberen Teilschicht 4 erstreckt sich soweit in die Aussparung 6, dass beide Teilschichten 4, 5 dennoch eine gemeinsame Kontaktzone 9 bilden und die Aussparung 6 vollständig umschließen. Die Tiefe der Prägung 7 der oberen Teilschicht 4 entspricht in etwa der Dicke S _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2.

Die Verbindungsanordnung nach Fig. lb ist damit durch eine asymmetrische Prägeform P2 der Teilschichten 4, 5 des Faser ^¬ verbund-Bauteils 1 gekennzeichnet. Die ausschließliche Ausführung der Prägung in nur einer Teil ^¬ schicht - im Ausführungsbeispiel in der oberen Teilschicht 4 - verringert den Vorbehandlungsaufwand bezüglich der Formung der gegengelagerten, hier unteren Teilschicht 5.

Die untere Teilschicht 5 muss außerdem nicht derart formbar ausgebildet sein, wie die obere Teilschicht 4, die eine Form ^¬ barkeit aufweist, um die gesamte Prägetiefe zu erzielen. Die Verbindungsanordnung nach Fig. lb verfügt außerdem über eine erweiterte Stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Faser ^¬ verbund-Bauteil 1 und dem metallischen Bauteil 2.

Die Teilschichten 4, 5 sind zum einen zusätzlich in der Kon- taktzone 9 mittels überschüssigen Matrixmaterials oder eines anderen Klebstoffs miteinander verbunden. Zum anderen ist in einem Randbereich um die Aussparung 6 eine Klebefläche 12 auf der Oberseite des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bau ^¬ teils 2 ausgebildet, an der die obere Teilschicht 4 des Faser- verbund-Bauteils 1 zusätzlich mit dem metallischen Bauteil 2 stofflich verbunden ist.

Die erweiterte Stoffschlüssige Verbindung erhöht die Festig ^¬ keit der Verbindungsanordnung um ein Weiteres.

Alternativ ist eine vorteilhafte, nicht dargestellte Verbin- dungsanordnung mit einer asymmetrischen Prägeform der Teil ^¬ schichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 vorgesehen, bei der die obere und untere Teilschicht 4, 5 zueinander ungleicharti ^¬ ge, insbesondere unterschiedlich tief erstreckte Prägungen 7, 8 aufweisen. Diese Verbindungsanordnung kann unter Verwendung einer oberen und unteren Teilschicht 4, 5, die aus verschiedenen formbaren, textilen Halbzeugen bestehen, gebildet werden.

In einem dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a bis 2d ist eine weitere alternative Verbindunganordnung zur Verbindungan- Ordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem metallischen

Bauteil 2 nach Fig. la dargestellt. Zur Vermeidung von Wieder ^¬ holungen sollen nachfolgend nur die sich gegenüber der Verbin ^¬ dunganordnung nach Fig. la unterscheidenden Merkmale und Bau ^¬ teile beschrieben werden. Gleiche Bauteile mit gleicher Funk- tion haben gleiche Bezugszeichen.

Die Verbindunganordnung nach Fig. 2a bis 2d weist ein metalli ^¬ sches Bauteil 2 auf, welches in einem flächigem Randbereich mehrere entlang einer Mittellinie 13 und zueinander gleichmä ^¬ ßig beabstandet angeordnete, runde Aussparungen 6 aufweist, wie aus der Draufsicht nach Fig. 2a ersichtlich ist. Die Mit ^¬ tellinie 13 der Aussparungen 6 verläuft im Ausführungsbeispiel parallel zu einer geraden Bauteilkante 14 des metallischen Bauteils 2.

Auch das Faserverbund-Bauteil 1 weist eine gerade Bauteilkante 15 auf, die im Ausführungsbeispiel parallel zur Bauteilkante 14 des metallischen Bauteils 2 verläuft. Zwischen der Bauteilkante 15 des Faserverbund-Bauteils 1 und der Bauteilkante 14 des metallischen Bauteils 2 ist ein band ^¬ förmiger Überlappungsbereich 16 mit einer Bandbreite ly gebil ^¬ det, in dem der flächige Randbereich des metallischen Bauteils 2 beidseitig von der oberen und der unteren Teilschicht 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 abgedeckt ist (Siehe Fig. 2a und Fig. 2b) .

Die obere und die untere Teilschicht 4, 5 des Faserverbund- Bauteils 1 weisen jeweils mehrere zur Anzahl, Ausrichtung und Form der Aussparungen 6 korrespondierende Prägungen 7, 8 auf. Die Prägungen 7, 8 der oberen und unteren Teilschicht 4, 5 er ^¬ strecken sich jeweils in etwa gleich tief in die Aussparungen 6, so dass sie eine zueinander spiegelsymmetrische Prägeform PI der Teilschichten 4, 5 in den Aussparungen 6 bilden. Die Vielzahl der gleichmäßig beabstandeten, miteinander korrespon- dierenden Aussparungen 6 und Prägungen 7, 8 erhöht die Quali ^¬ tät der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Faserverbund- Bauteil 1 und dem metallischen Bauteil 2 wesentlich.

Im Überlappungsbereich 16 ist auf der Oberseite und die Unter ^¬ seite des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2 jeweils eine Klebefläche 12 zur stofflichen Verbindung des me ^¬ tallischen Bauteils 2 mit der oberen und/oder unteren Teil ^¬ schicht 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 zur Verfügung ge ^¬ stellt. Der bandförmige Überlappungsbereich 16 erstreckt sich mit einer solchen Bandbreite ltj, dass eine ausreichend große Klebefläche 12 für den Stoffschluss gewährleistet ist. Als be ^¬ sonders vorteilhaft hat sich eine Bandbreite ltj des Überlap ^¬ pungsbereiches 16 erwiesen, die größer als das 2-fache des d _LoCh Lochdurchmessers ist (1 _Ü > 2 X d _Lo ch ) ·

Die obere und die untere Teilschicht 4, 5 des Faserverbund- Bauteils 1 sind zusätzlich sowohl im Bereich aller Aussparun ^¬ gen 6 als auch jenseits der Bauteilkante 14 des metallischen Bauteils 2 miteinander stofflich verbunden (vgl. Fig. 2b) . In den ringförmigen Hohlräumen 10 der Aussparungen 6 wie auch in einem längserstreckten Hohlraum 17, der sich im Randbereich zwischen der Bauteilkante 14 des metallischen Bauteils 2 und der oberen und unteren Teilschicht 4, 5 ergibt, ist mit Füll ^¬ material 11 entsprechend der Beschreibung nach Fig. la ausge- füllt. Im verfestigten Zustand des Füllmaterials 11 sind die

Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 mehrfach mitei ^¬ nander und mit dem metallischen Bauteil 2 verklebt.

Mit dieser Ausführung ist eine hochfeste form- und stoff ^¬ schlüssige Verbindungsanordnung realisiert. Fig. 2c zeigt eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach Fig. 2a in einer Ausführungsvariante, bei der das Faser ^¬ verbund-Bauteil 1 zwei obere Teilschichten 4.1, 4.2 und zwei untere Teilschichten 5.1, 5.2, insgesamt also vier Teilschich ^¬ ten aufweist. Dabei sind die beiden oberen Teilschichten 4.1, 4.2 bzw. die beiden unteren Teilschichten 5.1, 5.2, jeweils unmittelbar miteinander formschlüssig und stofflich verbunden und die dem metallischen Bauteil 2 zugewandte, obere Teil ^¬ schicht 4.1 und die dem metallischen Bauteil 2 zugewandte, un ^¬ tere Teilschicht 5.1 miteinander und mit dem metallischen Bau- teil 2 formschlüssig und stofflich verbunden. Diese Teil ^¬ schichten 4.1, 5.1 bilden die Kontaktzone 9. Die jeweils äuße ^¬ re, obere Teilschicht 4.2 und äußere, untere Teilschicht 5.2 ist demnach mittelbar mit dem metallischen Bauteil 2 verbun- den. Die zweischichtige Ausführung der oberen und unteren Teilschichten 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 steigert die Stabilität der formschlüssigen Verbindung und die Intensität der stoffschlüs ^¬ sigen Verbindung zwischen dem Faserverbund-Bauteil 1 und dem metallischen Bauteil 2.

Fig. 2d zeigt eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung nach Fig. 2a in einer zweiten Ausführungsvariante, die ähnlich der Ausführung nach Fig. 2c gestaltet ist. Diese Verbindungs ^¬ anordnung weist ebenfalls zwei obere und zwei untere Teil- schichten 4.1, 4.2, 5.1, 5.2. Bezüglich der übereinstimmenden Merkmale wird daher auf die Beschreibung zur Fig. 2c verwie ^¬ sen .

Im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 2c sind die jeweils dem metallischen Bauteil 2 zugewandten, oberen und unteren Teilschichten 4.1, 5.1 im Bereich der Aussparungen 6 nicht un ^¬ mittelbar miteinander verbunden, sondern weisen einen Abstand zueinander auf. Ein verbleibender flächiger Hohlraum 18 zwi ^¬ schen den zueinander beabstandeten Teilschichten 4.1, 5.1 ist mit Füllmaterial 11 entsprechend der Beschreibung nach Fig. la gefüllt und bildet eine Zwischenschicht 19. In dieser Weise sind die zugewandte obere und untere Teilschicht 4.1, 5.1 im Bereich der Aussparungen 6 mittelbar, nämlich mittels der Zwi ^¬ schenschicht 19 aus Matrixwerkstoff, stofflich verbunden.

Die Figuren 3a bis 3d geben eine erfindungsgemäße Verbindunga- nordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem kreisschei ^¬ benförmigen, rotationssymmetrischen Abschnitt 3' eines metal ^¬ lischen Bauteils 2 ' nach einem vierten Ausführungsbeispiel wieder. Das vierte Ausführungsbeispiel betrifft eine spezielle Ausgestaltung der Verbindunganordnung nach Fig. la. Zur Ver- meidung von Wiederholungen sollen nachfolgend nur die sich ge ^¬ genüber der Verbindunganordnung nach Fig. la unterscheidenden Merkmale und Bauteile beschrieben werden. Gleiche Bauteile mit gleicher Funktion haben gleiche Bezugszeichen. Die Verbindunganordnung nach dem vierten Ausführungsbeispiel weist ein nietartiges metallisches Bauteil 2 ' , ein so genann ^¬ tes Bighead 2 ' , auf, welches ein kreisscheibenförmigen, rota ^¬ tionssymmetrischen Abschnitt 3' und einen stabförmigen Ab- schnitt 20 umfasst. Das Bighead 2' dient in dem Ausführungs ^¬ beispiel nach Fig. 3a, b der punktuellen Krafteinleitung einer an dem stabförmigen Abschnitt 20 angreifenden Kraft F in die flächige Struktur des Faserverbund-Bauteils 1. In einem Rand ^¬ bereich des kreisscheibenförmigen Abschnitts 3' sind acht run- de Aussparungen bzw. Löcher 6 entlang einer kreisförmigen Mit ^¬ tellinie 21 und zueinander gleichmäßig beabstandet angeordnet, wie aus der Draufsicht nach Fig. 3a ersichtlich ist. Die Mit ^¬ tellinie 21 der Aussparungen 6 verläuft konzentrisch zur

Längsachse 22 des stabförmigen Abschnitts 20 und zur deckungs- gleichen Rotationsachse des kreisscheibenförmigen Abschnitts 3 ' des Bigheads 2 ' .

Die obere und die untere Teilschicht 4, 5 des Faserverbund- Bauteils 1 weist jeweils eine runde Öffnung mit einer umlau ^¬ fenden Rand 23 auf. Im Überlappungsbereich 16 der oberen und unteren Teilschicht 4, 5 mit dem kreisscheibenförmigen Ab ^¬ schnitt 3' des metallischen Bauteils 2' weisen die Teilschich ^¬ ten 4, 5 jeweils acht zur Anordnung und Form der Löcher 6 kor ^¬ respondierende Prägungen 7, 8 auf. Die Prägungen 7, 8 der obe ^¬ ren und unteren Teilschicht 4, 5 erstrecken sich jeweils in etwa gleich tief in die Löcher 6, so dass sie eine zueinander spiegelsymmetrische Prägeform PI der Teilschichten 4, 5 in den Löchern 6 bilden (vgl. Fig. 3b) . Die konzentrisch angeordneten und gleichmäßig beabstandeten, miteinander korrespondierenden Löcher 6 und Prägungen 7, 8 schaffen eine hochqualitative, formschlüssige Verbindung zwischen dem Faserverbund-Bauteil 1 und dem Bighead 2', die geeignet ist, die am Bighead 2' einge ^¬ leitete Kraft F auf das Faserverbund-Bauteil 1 zu übertragen.

Die Draufsicht nach Fig. 3c und die Schnittansicht nach Fig. 3d zeigen in einer ähnlichen Ausführungsvariante zur Verbin- dungsanordnung nach Fig. 3a, 3b eine Verbindungsanordnung, bei der das Bighead 2 ' mit einem rotationssymmetrischen Faserver ^¬ bund-Bauteil 1', wie z.B. einem Schwungrad 1', verbunden ist. Das rotationssymmetrische Faserverbund-Bauteil 1 ' umfasst ei- nen kreisscheibenförmigen Abschnitt 24 mit einem am äußeren

Umfang gebördelten Rand, welcher mit einer ringförmigen Faser ^¬ verbund-Umwicklung 25 versehen ist, die die Schwungmasse bil ^¬ det (s. Fig. 3d) . Zur Bildung des gebördelten Randes enden die beiden Teilschichten 4, 5 am äußeren Umfang des kreisscheiben- förmigen Abschnitts 24 rechtwinklig voneinander abgespreizt. Die ringförmige Faserverbund-Umwicklung 25 ist mit den beiden abgespreizten Enden der Teilschichten 4, 5 durch Verklebung verbunden .

Das analog der Verbindungsanordnung nach Fig. 3a in den kreis- scheibenförmigen Abschnitt 24 des Faserverbund-Bauteil 1' ein ^¬ gebundene Bighead 2 ' ist in diesem Ausführungsbeispiel drehbar und dient der Einleitung eines am stabförmigen Abschnitt 20 des Bigheads 2 ' angreifenden Drehmoments M in das rotations ^¬ symmetrische Faserverbund-Bauteil 1'. Das rotationssymmetri- sehe Faserverbund-Bauteil 1 ' überträgt das Drehmoment M in die Schwungmasse der ringförmigen Faserverbund-Umwicklung 25. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung nach Fig. 3c, 3d stellt eine hochqualitative, formschlüssige Verbindung zwischen dem rotationssymmetrischen Faserverbund-Bauteil 1 ' und dem Bighead 2' bereit, die geeignet ist, das am Bighead 2' eingeleitete Drehmoment zu übertragen.

Die Fig. 4a bis 4d zeigen in vier Verfahrensphasen ein erfin ^¬ dungsgemäßes Verfahren zur Fertigung der Verbindungsanordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem metallischen Bauteil 2 nach Fig. la. Das Verfahren basiert auf einem thermoplasti ^¬ schen Umformverfahren.

Fig. 4a stellt eine erste Fertigungsphase zur Fertigung der Verbindungsanordnung nach Fig. la dar. Hier ist ein Ausschnitt eines zweiteiligen Formwerkzeuges 26 mit einem oberen Teil- Werkzeug 27 und einem unteren Teilwerkzeug 28 ersichtlich. Das zweiteilige Formwerkzeug 26 befindet sich im geöffneten Zu ^¬ stand. Zwischen dem oberen und dem unteren Teilwerkzeug 27, 28 ist eine vorbereitete Preform des Faserverbund-Bauteils 1 mit zwei Teilschichten 4, 5 platziert, zwischen denen ein vorbe ^¬ reiteter flächiger Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 eingelegt ist.

Der flächige Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2, welches mit dem Faserverbund-Bauteil 1 zu verbinden ist, wurde zuvor mit einer kreisrunden Aussparung 6 mit einem Lochdurchmesser d _Lo ch versehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden als Ausgangsprodukte der Preform des Faserverbund-Bauteils 1 zwei Teilschichten 4, 5 aus sogenannten Organoblechen verwendet. Die Organobleche sind ebene Platten aus thermoplastischem Material (z.B. PP-

Polypropylen, PA-Polyamid o.a.), die mit einer Gewebeverstär ^¬ kung (z.B. Kohlenstoff- oder Glasfasern) versehen sind. Diese Organobleche werden zunächst formbar gemacht. Dazu wird z.B. mittels Wärmestrahlung das enthaltene thermoplastische Matrix- material unter einem Infrarotfeld aufgeschmolzen und in den flüssigen oder hochviskosen Aggregatszustand überführt (nicht dargestellt) .

Anschließend erfolgt die Positionierung des flächigen Ab ^¬ schnitts 3 des metallischen Bauteils 2 zwischen den beiden er- wärmten Preform-Teilschichten 4, 5, so dass sich die Ausspa ^¬ rung 6 des metallischen Bauteils 2 in einem Überlappungsbe ^¬ reich 16 der Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 befindet und die beiden Teilschichten 4, 5 beidseitig eben an dem flächigen Abschnitt 3 anliegen. Die so vorbereitete Anordnung aus Preform des Faserverbund- Bauteils 1 und flächigem Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 wird nun zwischen den - vorzugsweise kalten - Teilwerkzeugen 27, 28 platziert. Das obere und untere Teilwerkzeug 27, 28 des Formwerkzeuges 26 weisen jeweils eine formstabile Werkzeugfläche 29, 30 mit je einer gleichgroßen und gleichgeformten, aufeinander zu weisen ^¬ den Noppe 31, 32 auf. Die Noppen 31, 32 sind korrespondierend zur Form der Aussparung 6 des metallischen Bauteils 2 und dem ^¬ entsprechend mit einem bestimmten Noppendurchmesser d _Nop pe rund ausgebildet .

Zur Herstellung von Verbindungsanordnungen mit mehreren Aus ^¬ sparungen 6 im flächigen Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 wird ein passendes Formwerkzeug (nicht dargestellt) mit ent ^¬ sprechend der Anzahl, Anordnung und Form der Aussparungen 6 korrespondierend ausgebildeten Noppen bereitgestellt.

Die vorbereitete Preform des Faserverbund-Bauteils 1 mit dem flächigen Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 wird derart zwischen den Teilwerkzeugen 27, 28 positioniert, dass die Aus ^¬ sparung 6 zentrisch zu den Noppen 31, 32 angeordnet ist.

Beim Schließen des Formwerkzeuges 26 in der Fertigungsphase nach Fig. 4b, bei der sich die Teilwerkzeuge 27, 28 in Pfeil ^¬ richtung aufeinander zu bewegen, erfolgt das Umformen der wei- chen und formbaren Teilschichten 4, 5, wobei das Faserverbund ^¬ material an den flächigen Abschnitt 3 des metallischen Bau ^¬ teils 2 angeformt und in die Aussparung 6 eingeformt wird.

Hierbei werden mittels der beiden Noppen 31, 32 der Teilwerk ^¬ zeuge 27, 28 in die Aussparung 6 passende Prägungen 7, 8 der Teilschichten 4, 5 erzeugt.

Die Form der Prägungen 7, 8 in den Teilschichten 4, 5 des Fa ^¬ serverbund-Bauteils 1 und damit die der Noppen 31, 32 der Teilwerkzeuge 27, 28 ist maßgeblich von der Schichtdicke s _F der Teilschichten 4, 5, der Dicke s _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2 und von der Form und Größe des Loches 6 im metallischen Bauteil 2 abhängig. So sollte der Durchmes ^¬ ser der Noppe 31, 32 d _Nop pe im Bezug zum Lochdurchmesser d _LoC h vorzugsweise nicht größer sein als der Lochdurchmesser d _Lo ch ab- züglich der zweifachen Schichtdicke s _F der Teilschichten 4, 5 (d _Nop pe - d _LoC h - 2 x s _F ) . Dadurch werden Faserschädigungen im um ^¬ geformten Faserverbund-Bauteil 1 weitestgehend vermieden.

In der Fertigungsphase nach Fig. 4c ist das Formwerkzeug 26 vollständig geschlossen. Im Ergebnis des Umformprozesses ist in der Aussparung 6 ein Hinterschnitt der Teilschichten 4, 5 gebildet, der einen Formschluss mit dem metallischen Bauteil 2 erzeugt. Die gleichförmig und gleichtief ausgebildeten Prägun ^¬ gen 7, 8 der Teilschichten 4, 5 schaffen eine Verbindungsan- Ordnung mit symmetrischer Prägeform PI.

Die beiden Prägungen 7, 8 der Teilschichten 4, 5 werden so tief geformt, dass sie sich berühren und eine Kontaktzone 9 bilden. Um diese Kontaktzone 9 der Prägungen 7, 8 der Teil ^¬ schichten 4, 5 ausbilden zu können, ist es von Vorteil, wenn der Lochdurchmesser dLo _C h der Aussparung 6 größer als die Dicke S _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2 aus ^¬ geführt ist.

Der Noppendurchmesser d _No ppe und folglich der Lochdurchmesser d Loch der Aussparung 6 sollte außerdem so groß ausgebildet sein, dass eine ausreichend große Klebefläche 12 in der Kontaktzone 9 zwischen den Prägungen 7, 8 der oberen und der unteren Teil ^¬ schicht 4, 5 zur Verfügung gestellt ist.

Alternativ zum Ausführungsbeispiel in Fig. 4a bis 4d kann ein Formwerkzeug 26' verwendet werden, bei denen ein Teilwerkzeug eine ebene Werkzeugfläche aufweist, die nicht zum Einformen einer Teilschicht vorgesehen ist. Eine solche Ausführungsvari ^¬ ante ist in Fig. 6 dargestellt. Das alternative Formwerkzeug 26' weist ein oberes Teilwerkzeug 27' mit einer formstabilen, genoppten Werkzeugfläche 29' und ein unteres Teilwerkzeug 28' mit einer formstabilen, ebenen Werkzeugfläche 33 auf. Fig. 6 zeigt das alternative Formwerkzeug 26' in einer der Ferti ^¬ gungsphase nach Fig. 4c entsprechenden Fertigungsphase, in der das Formwerkzeug 26' vollständig geschlossen ist. Die auf der Werkzeugfläche 29' des oberen Teilwerkzeuges 27' ausgebildete Noppe 31' hat eine solche Tiefe, dass die Tiefe der erzeugten Prägung 7 ' in der oberen Teilschicht 4 des Faserverbund- Bauteils 1 in etwa der Dicke S _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2 entspricht. Die Prägung 7' der Teil ^¬ schicht 4 berührt die eben verbliebene Teilschicht 5, mit der sie die Kontaktzone 9 mit der Klebefläche 12 bildet. Die nur einseitig ausgebildete Prägung 7 ' der oberen Teilschicht 4 schafft eine Verbindungsanordnung mit asymmetrischer Prägeform P2. Das alternative Formwerkzeug 26' ist damit geeignet zur

Fertigung der Verbindungsanordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem metallischen Bauteil 2 nach Fig. Ib.

Das alternative Verfahren hat den Vorteil, dass das Formwerk ^¬ zeug 26' kostengünstiger ist. Das verwendete Teilwerkzeug 28' mit ebener Werkzeugfläche 33 ist mit weniger Aufwand zu ferti ^¬ gen und die Zuordnung der Teilwerkzeuge 27', 28' zueinander ist einfacher. Im Übrigen trifft das zu den Fig. 4a bis 4d be ^¬ schrieben Verfahren auch auf ein Verfahren mit dem alternati ^¬ ven Formwerkzeug 26' nach Fig. 6 zu. Aus Fig. 4c ist ersichtlich, dass zwischen den Teilschichten 4, 5 beim Umformen ein Überschuss an Matrixmaterial 11 ange ^¬ häuft wird, so dass der sich bildende ringförmige Hohlraum 10 des Hinterschnitts zwischen den Teilschichten 4, 5 und der Aussparung 6 ausgefüllt wird. Bereits während des Zufahrens der Teilwerkzeuge 27, 28 in der Fertigungsphase nach Fig. 4b oder nachdem die beiden Teilwerk ^¬ zeuge 27, 28 die Endposition nach Fig. 4c erreicht haben, er ^¬ folgt das Abkühlen und Verfestigen (Konsolidieren) des Mat ^¬ rixmaterials 11 zwischen den Verstärkungsfasern und im Hohl- räum 10. Das thermoplastische Matrixmaterial 11 wird in den festen Aggregatszustand überführt.

Vorzugsweise wird durch eine zusätzliche permanente Kühlung der beiden Teilwerkzeuge 27, 28 das Matrixmaterial 11 schnei- ler abgekühlt, so dass die Konsolidierung beschleunigt statt ^¬ findet .

Nach dem Umform- und Konsolidierungsvorgang wird die Verbin ^¬ dungsanordnung so lange im Formwerkzeug 26 gehalten, bis sich die Teilschichten 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 soweit ab ^¬ gekühlt haben, dass sich die verbundenen Bauteile 1, 2 schad ^¬ los und unter Beibehaltung der Form der Verbindungsanordnung aus den geöffneten Teilwerkzeugen 27, 28 entformen lassen. Diese Fertigungsphase ist in Fig. 4d dargestellt. Das Verfahren kann mit geringem Aufwand durchgeführt werden und basiert auf der Verwendung einfacher Werkzeuge und weniger technischer Hilfsmittel. Es wird im Ergebnis dieses Verfahrens eine wirksame Form- und Stoffschlüssigkeit zwischen dem Faser ^¬ verbund-Bauteil 1 und dem metallischen Bauteil 2 geschaffen und damit eine hochfeste Verbindung zwischen den Bauteilen 1, 2 erzielt .

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, dass ausgewählte, zu fügen ^¬ den Bereiche (Kontaktzone 9 zwischen den Teilschichten 4, 5 untereinander und Klebeflächen zwischen den Teilschichten 4, 5 und dem flächigen Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2) noch vor dem Umformen aufgeheizt und schon während des Umfor- mens wieder abgekühlt werden können. Dadurch können besonders niedrige Taktzeiten bei der Herstellung der Verbindungsanord- nung erzielt werden.

Das vorbeschrieben Verfahren nach Fig. 4a bis 4d kann durch verschiedene Verfahrensvarianten abgewandelt werden. Zur Ver ^¬ meidung von Wiederholungen sollen bei der nachfolgenden Be ^¬ schreibung der Verfahrensvarianten nur die sich gegenüber dem Verfahren nach Fig. 4a bis 4d unterscheidenden Merkmale und

Bauteile erläutert werden. Gleiche Bauteile mit gleicher Funk ^¬ tion haben gleiche Bezugszeichen. Bei einer ersten Verfahrensvariante werden unter Anwendung ei ^¬ nes Infiltrationsverfahrens der flächige Abschnitt 3 des me ^¬ tallischen Bauteils 2 zwischen zwei trockene Gewebe- Teilschichten 4', 5' einer Preform des Faserverbund-Bauteils 1 angeordnet und die so vorbereitete Verbindungsanordnung so ^¬ gleich zwischen den Teilwerkzeugen 27, 28 positioniert. Mit dem Zufahren der beiden Teilwerkzeuge 27, 28 entsprechend der Fig. 4a bis 4c erfolgt das Einformen der trockenen Gewebe- Teilschichten 4', 5' in die Aussparung 6. Zu diesem Zeitpunkt ist noch kein Matrixmaterial vorhanden. Dieses Matrixmaterial 11 wird nach Erreichen der Endposition der beiden Teilwerkzeu ^¬ ge 27, 28 (Fig. 4c) in die Gewebe-Teilschichten 4', 5' und die Hohlräume infiltriert. Dazu werden die Teilwerkzeuge 27, 28 zueinander druckdicht verschlossen und unter Erzeugung eines Vakuums ein duroplastisches 2-Komponenten-Gemisch in flüssiger Form zwischen die Teilwerkzeuge 27, 28 und in die Faserzwi ^¬ schenräume der Gewebe-Teilschichten 4', 5' und in den Hohlraum 10 gefördert. Danach erfolgt - wahlweise unter Zuführung von Wärme - eine chemische Reaktion des Matrixgemisches 11, wodurch es in den festen Aggregatszustand überführt wird und damit konsolidiert. Nachdem die Konsolidierung weitestgehend abgeschlossen ist, können die Teilwerkzeuge 27, 28 wieder ge ^¬ öffnet werden und die Entformung der verbunden Konstruktion erfolgen (siehe Fig. 4d) . Bei einer zweiten Verfahrensvariante werden unter Anwendung eines Prepreg-Verfahrens vorimprägnierte Gewebe-Teilschichten 4'', 5'' einer Preform des Faserverbund-Bauteils 1 verwendet. Diese beinhalten bereits ein Matrixmaterial 11, z.B. ein duro ^¬ plastisches 2-Komponenten-Gemisch, welches tiefgefrorenen (bei ca. -18 °C) bereitgestellt wird und erst unter Zuführung von thermischer Energie formbar und konsolidierbar ist.

Nach der Anordnung des flächigen Abschnittes 3 des metalli ^¬ schen Bauteils 2 und der beiden vorimprägnierten Gewebe- Teilschichten 4'', 5'' zueinander erfolgt unmittelbar die Po- sitionierung der Anordnung zwischen den beiden Teilwerkzeugen 27, 28 entsprechend Fig. 4a.

Bei einer für das duroplastische Matrixmaterial 11 günstigen Temperatur, wird dann das Faserverbundmaterial der vorimpräg- nierten Gewebe-Teilschichten 4'', 5'' formbar gemacht. Das ge ^¬ schieht wahlweise durch Temperierung der Gewebe-Teilschichten 4'', 5'' bei Raumtemperatur, durch Beheizung der Teilwerkzeuge 27, 28 oder mittels einer gesonderten, hier nicht dargestell ^¬ ten Heizungseinheit 37. Mittels beheizter Teilwerkzeuge 27, 28 wird die komplette Faserverbundstruktur der Teilschichten 4 ' ' , 5' ' erwärmt, wobei die Formgebung der Teilschichten 4' ', 5' ' und die Erzeugung der Verbindung gleichzeitig erfolgt.

Das zuvor noch gefrorene duroplastische 2-Komponenten-Gemisch wird durch die Temperierung bzw. Erwärmung aufgeschmolzen. Un- ter Aufbringen des Druckes der zufahrenden Teilwerkzeuge 27, 28 erfolgt das Einformen der Gewebe-Teilschichten 4'', 5'' in die Aussparung 6. Die parallel einsetzende chemische Reaktion des Matrixmaterials 11 bewirkt eine Überführung vom flüssigen in den festen Aggregatszustand und damit das Konsolidieren des Matrixmaterials 11 . Zusätzlich können in dieser Fertigungs ^¬ phase eines oder beide Teilwerkzeuge 27, 28 gekühlt werden. Nach erfolgter Konsolidierung kann die fertige Verbindungsan ^¬ ordnung entformt werden.

Die Heizungseinheit 37 für die Erwärmung der vorimprägnierten Gewebe-Teilschichten 4'', 5'' kann den Teilwerkzeugen 27, 28 vorgeschalten sein, so dass die zu formenden Bereiche der Ge ^¬ webe-Teilschichten 4'', 5'' bereits vorgewärmt zwischen die Teilwerkzeuge 27, 28 eingebracht werden können. Eine nähere Beschreibung einer solchen Heizungseinheit 37 ist den Fig. 7a bis 7c zu entnehmen.

Die Fig. 5a bis 5d zeigen in vier Verfahrensphasen ein alter ^¬ natives erfindungsgemäßes Verfahren zur Fertigung der Verbin- dungsanordnung eines Faserverbund-Bauteils 1 mit einem metal ^¬ lischen Bauteil 2 entsprechend Fig. Ib.

Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen nachfolgend nur die sich gegenüber dem Verfahren nach Fig. 4a bis 4d unterschei- denden Merkmale und Bauteile beschrieben werden. Gleiche Bau ^¬ teile mit gleicher Funktion haben gleiche Bezugszeichen.

Im Unterschied zum Verfahren nach Fig. 4a bis 4d wird ein Formwerkzeug 26'' verwendet, das ein oberes Teilwerkzeug 27'' mit einer formlabilen Werkzeugfläche 34 und das untere Teil- Werkzeug 28' mit der formstabilen, ebenen Werkzeugfläche 33 nach Fig. 6 aufweist. Das obere Teilwerkzeug 27'' umfasst eine flexible, druckfeste Folienschicht (Druckfolie) 34 als formla ^¬ bile Werkzeugfläche 34 und einen auf die Druckfolie 34 ein ^¬ wirkenden, flexiblen Druckraum 35, ersichtlich aus Fig. 5a, die das Formwerkzeug 26'' in geöffneter Stellung zeigt. Der

Druckraum 35 kann, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, ein die Druckfolie 34 anpressendes Druckkissen 35 sein, in welchem ein Überdruck erzeugt wird.

Zwischen den Teilwerkzeugen 28', 27'' wird die vorbereitete Anordnung aus der Preform des Faserverbund-Bauteils 1 mit zwei Teilschichten 4, 5 und dem zwischengelagerten flächigen Ab ^¬ schnitt 3 des metallischen Bauteils 2 platziert (Fig. 5a) .

Zu Beginn des anschließenden Formungsprozesses nach Fig. 5b fahren die Teilwerkzeuge 28', 27'' aufeinander zu, wobei sich das Druckkissen 35 infolge eines zur Umgebung eingestellten Druckunterschieds ausdehnt. Der Druckraum 35 wird im Ausfüh ^¬ rungsbeispiel durch einen erzeugten Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck des Formwerkzeugs 26'' druckbeaufschlagt.

Unter der Druckbeaufschlagung legt sich die Druckfolie 34 an die obere Teilschicht 4 der vorbereiteten Preform des Faser ^¬ verbund-Bauteils 1 mit flächigen Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 an, während das untere Werkzeug 28' mit der form ^¬ stabilen ebenen Werkzeugfläche 33 - an der unteren Teilschicht 5 anliegend - die Gegenkraft erzeugt. Durch die Druckbeauf ^¬ schlagung der Druckfolie 34 wird das Faserverbundmaterial der oberen Teilschicht 4 an den flächigen Abschnitt 3 des metalli ^¬ schen Bauteils 2 angeformt und in das Loch 6 im flächigen Ab- schnitt 3 eingeformt, wobei eine Prägung 7' der oberen Teil ^¬ schicht 4 in Abhängigkeit von Form und Größe des Loches 6 und in Abhängigkeit der Schichtdicke s _F der Teilschicht 4 und der Dicke s _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2 entsteht . Fig. 5c zeigt das Formwerkzeug 26'' in der Fertigungsphase, in der der Druck im Druckkissen 35 gesteigert wird, bis die er ^¬ zeugte Prägung 7 ' in der oberen Teilschicht 4 ihre endgültige Form und Tiefe erreicht hat und eine Kontaktzone 9 zwischen den Teilschichten 4, 5 gebildet ist. Die Tiefe der Prägung 7' entspricht in etwa der Dicke S _M des flächigen Abschnitts 3 des metallischen Bauteils 2. Damit kontaktiert die Prägung 7' der Teilschicht 4 die eben verbliebene Teilschicht 5, mit der sie die Kontaktzone 9 mit der Klebefläche 12 bildet. Die nur ein ^¬ seitig ausgebildete Prägung 7 ' der oberen Teilschicht 4 schafft eine Verbindungsanordnung mit asymmetrischer Prägeform P2.

Nach erfolgter Konsolidierung des beteiligten Matrixmaterials 11 und dessen Überführung vom flüssigen in den festen Aggre ^¬ gatszustand kann der Druck im Druckkissen 35 gesenkt werden, bis das Druckkissen 35 drucklos ist. Anschließend können die Teilwerkzeuge 28', 27'' aufgefahren, die Druckfolie 34 ent ^¬ fernt und die fertig gefügte Verbindungsanordnung entnommen werden (Fig . 5d) .

Das Verfahren unter Verwendung von Teilwerkzeugen 27'' mit formlabiler Werkzeugfläche 34 hat den Vorteil, dass sich das Druckkissen 35 immer der vorliegenden Form und Tiefe der Aus ^¬ sparung 6 anpasst. Somit müssen keine aufwändig gefrästen Formwerkzeuge, welche die jeweils passenden Noppen abbilden, für jeden Anwendungsfall bereitgestellt werden. Das reduziert die Kosten für die Fertigung der Formwerkzeuge erheblich.

In einer alternativen, nicht dargestellten Verfahrensvariante zum vorbeschrieben Verfahren nach Fig. 5a bis 5d wird der

Druckraum 35 über der Druckfolie 34 mittels einer nicht darge ^¬ stellten Temperatur-Druck-Kammer (Autoklaven) geschaffen. Das Formwerkzeug 26'' und die zu verbindende Anordnung sind in dieser Verfahrensvariante in dem Autoklaven angeordnet. Das obere Teilwerkzeug 27'' ist dabei so gestaltet, dass die form ^¬ labile Werkzeugfläche 34 (Druckfolie) den Druckraum 35 gegen ^¬ über der zu verbindenden Anordnung begrenzt.

Ist die vorbereitete Anordnung aus Preform des Faserverbund- Bauteils 1 und zwischengelagertem flächigen Abschnitt 3 des metallischen Bauteils 2 zwischen den Teilwerkzeugen 28', 27'' platziert, wird die Druckfolie 34, die zu verbindende Anord ^¬ nung umschließend, druckdicht mit dem unteren Teilwerkzeug 28' verbunden. Danach wird durch den Autoklaven ein allseitiger Druck auf die Druckfolie 34 und dem unteren Teilwerkzeug 28' erzeugt, wodurch das obere Teilwerkzeug 27'' mit der Druckfo ^¬ lie 34 und das untere Teilwerkzeug 28' mit der ebenen Werk ^¬ zeugfläche 33 gleichermaßen zusammengeführt werden und die zu verbindende Anordnung analog dem vorbeschriebenem Ausführungs ^¬ beispiel Fig. 5c verpresst wird. Ist eine Temperierung der Teilschichten 4, 5 vorgesehen, kann parallel zur Druckerhöhung die Temperatur im Autoklaven und damit die Temperatur der Teilwerkzeuge 28', 27'' erhöht wer ^¬ den .

Nach erfolgter Konsolidierung des beteiligten Matrixmaterials 11 können Druck und Temperatur im Autoklaven gesenkt werden, die Druckfolie 34 entfernt und die fertiggestellte Verbin ^¬ dungsanordnung entnommen werden. Die Fig. 7a bis 7c zeigen in einer Schnittansicht einen Auszug aus einer Fertigungsanlage 36 zur kontinuierlich getakteten Inline-Fertigung einer Verbindungsanordnung nach Fig. 2a mit mehreren Prägungen 7 ' entsprechend der Verbindungsanordnung nach Fig. Ib.

Die Fertigungsanlage 36 weist eine Heizungseinheit 37 für die lokale Vorwärmung der Teilschichten 4, 5, vorzugsweise der Teilschicht 4 und ein der Heizungseinheit 37 nachgeschaltetes Formwerkzeug 26' auf _a das nach Fig. 6 mit dem oberen Teilwerk- zeug 27' mit formstabiler, genoppten Werkzeugfläche 29' und mit dem unteren Teilwerkzeug 28' mit formstabiler, ebener Werkzeugfläche 33 ausgestattet ist. Die Werkzeugfläche 29' des oberen Teilwerkzeuges 27' weist eine Noppe 31' zum Tiefziehen einer einseitigen Prägung 7' in die obere Teilschicht 4 auf. Das Formwerkzeug 26' der Fertigungsanlage 37 nach diesem Aus ^¬ führungsbeispiel ist zur Schaffung einer Verbindungsanordnung mit asymmetrischer Prägeform P2, entsprechend der Verbindungs ^¬ anordnung nach Fig. lb, ausgebildet.

In der Fertigungsanlage 36 befinden der flächige Randbereich des metallischen Bauteil 2, der mehrere, in Linie und zueinan ^¬ der gleichmäßig beabstandet angeordnete Aussparungen 6, ent ^¬ sprechend der zu fügenden Verbindungsanordnung nach Fig. 2a, aufweist. Der Randbereich des metallischen Bauteils 2 ist im Überlappungsbereich 16 beidseitig von der oberen und der unte- ren Teilschicht 4, 5 des Faserverbund-Bauteils 1 abgedeckt.

Das auf diese Weise vorbereitete metallische Bauteil 2 und Fa ^¬ serverbund-Bauteil 1 wird im kontinuierlichen Takt einer nicht dargestellten Transporteinrichtung entlang der Fertigungsanla ^¬ ge 36 verfahren, so dass der Überlappungsbereich 16 beider Bauteile 1 , 2 schrittweise die Heizungseinheit 37 und an ^¬ schließend das Formwerkzeug 26' passiert.

Während nach Fig. 7a in dem vollständig geschlossenen Form ^¬ werkzeug 26' an einer ersten Fügestelle die erste Prägung 7' der Teilschicht 4 in der ersten Aussparung 6 erzeugt und die Teilschicht 4 mit der ebenen Teilschicht 5 in der Kontaktzone 9 verklebt wird, wird zugleich an einer nachfolgend angeordne ^¬ ten zweiten Fügestelle die Teilschicht 4 im zu formenden Be ^¬ reich zur Erzeugung der zweiten Prägung 7 ' in der zweiten Aus- sparung 6 vorgewärmt .

Die Vorwärmung der Teilschicht 4 beschleunigt den nachfolgen ^¬ den Umformprozess im Formwerkzeug 26'. Außerdem führt der In- line-Betrieb von Vorwärmung und Umformung der Teilschicht 4 zu einer wesentlichen Takt zeitminimierung im gesamten Verfahrens- ablauf der Herstellung der Verbindungsanordnung.

Vorzugsweise arbeitet die Heizungseinheit 37 mittels Ultra ^¬ schall, Mikrowelle, Kontaktwärme oder Infrarotstrahlung, wodurch eine gerichtete, lokale Erwärmung des zu formenden Be ^¬ reichs der Teilschicht 4 erfolgen kann. Damit erfolgt die Formbarmachung der Teilschicht 4 gezielt und sehr schnell, was zu einer energetischen Einsparung und weiterer Takt zeitmini ^¬ mierung im Verfahrensablauf führt.

Fig. 7b zeigt die Fertigungsanlage 36 nach Fig. 7a in einer zweiten Fertigungsphase, bei der die teilweise gefügte Verbin- dungsanordnung aus metallischem Bauteil 2 und Faserverbund- Bauteil 1 einen Takt der nicht dargestellten Transporteinrich ^¬ tung weiterverfahren wurde, so dass die erste Fügestelle das Formwerkzeug 26' bereits passiert hat, die zweite Fügestelle dem Formwerkzeug 26' und die dritte Fügestelle der Heizungs- einheit 37 zugeordnet ist.

Fig. 7c zeigt die Verfahrensprozesse in der Fertigungsanlage 36 in diesem fortgeschrittenen Takt.

Mit Verlassen des Formwerkzeuges 26' kann die form- und stoff ^¬ schlüssige Verbindung an der ersten Fügestelle abkühlen und vollständig aushärten, während in dem geschlossenen Formwerk ^¬ zeug 26' an der zweiten Fügestelle eine weitere form- und Stoffschlüssige Verbindung mit asymmetrischer Prägeform P2 ge ^¬ formt und verklebt wird. Parallel wird an der nachfolgenden dritten Fügestelle die Teilschicht 4 im zu formenden Bereich der dritten Aussparung 6 vorgewärmt.

Die Taktung mit den Verfahrensprozessen wiederholt sich quasi ^¬ kontinuierlich, bis alle Aussparungen 6 des längserstreckten flächigen Randbereich des metallischen Bauteil 2 auf vorste ^¬ hend geschilderter Weise mit der Faserverbund-Bauteil 1 ver ^¬ bunden sind.

Bezugs zeichenliste Faserverbund-Bauteil, Schwungrad

zweites Bauteil, metallisches Bauteil, Bighead

flächiger Abschnitt des zweiten Bau ^¬ teils /kreisscheibenförmiger Abschnitt

obere Teilschicht des Faserverbund-Bauteils ,.1 , .2 untere Teilschicht des Faserverbund-Bauteils, .1, .2 Aussparung, Loch

Prägung der oberen Teilschicht

Prägung der unteren Teilschicht

Kontaktzone

ringförmiger Hohlraum

Füllmaterial

Klebefläche

Mittellinie der Aussparungen

Bauteilkante des metallischen Bauteils

Bauteilkante des Faserverbund-Bauteils

Überlappungsbereich

längserstreckter Hohlraum

flächiger Hohlraum

Zwischenschicht

stabförmiger Abschnitt des zweiten Bauteils

kreisförmigen Mittellinie

Längsachse des stabförmigen Abschnitts

umlaufender Rand der Öffnung des Faserverbund-Bauteils kreisscheibenförmiger Abschnitt des Faserverbund- Bauteil

ringförmige Faserverbund-Umwicklung

Formwerkzeug

oberes Teilwerkzeug

unteres Teilwerkzeug

formstabile Werkzeugfläche des oberen Teilwerkzeugs formstabile Werkzeugfläche des unteren Teilwerkzeugs 31 Noppe des oberen Teilwerkzeugs

32 Noppe des unteren Teilwerkzeugs

33 formstabile, ebene Werkzeugfläche

34 formlabile Werkzeugfläche, druckfeste Folienschicht, Druckfolie

35 Druckraum, Druckkissen

36 Fertigungsanlage

37 Heizungseinheit

dLoch Lochdurchmesser der Aussparung

S _M Dicke des flächigen Abschnitts

S _F Schichtdicke der Teilschichten

PI symmetrische Prägeform

P2 asymmetrische Prägeform

lü Breite der Überlappung

d _Nop pe Noppendurchmesser