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Title:
CONNECTION ELEMENT FOR FIBER COMPOSITE MATERIAL COMPONENTS, METHOD FOR CONNECTING FIBER COMPOSITE MATERIAL COMPONENTS, DEVICE FOR CONNECTING FIBER COMPOSITE MATERIAL COMPONENTS, AND FIBER COMPOSITE MATERIAL COMPONENT ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/086263
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a connection element for fiber composite material components (12, 14), comprising a disc (24) and a plurality of spaced pins (30) which sit on the disc (24). The pins (30) are designed to penetrate a matrix material (18) of the fiber composite material, and the pins (30) can be plastically deformed. In a fixing position of the connection element, a pin (30) is oriented transversely to the penetration direction (44) of the corresponding pin (30) into the matrix material (18) at least in some regions by means of plastic deformation and/or is bent at least in some regions relative to the orientation of the pin in a starting position and/or has a transverse orientation at least in some regions relative to the orientation of the pin in the starting position.

Inventors:
DREHER, Patrik Nikolas (Heslacher Wand 26, Stuttgart, 70199, DE)
Application Number:
EP2018/078554
Publication Date:
May 09, 2019
Filing Date:
October 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DEUTSCHES ZENTRUM FÜR LUFT- UND RAUMFAHRT E.V. (Linder Höhe, Köln, 51147, DE)
International Classes:
F16B19/08; F16B5/04
Domestic Patent References:
WO2014196268A12014-12-11
WO2016071335A12016-05-12
WO2016071335A12016-05-12
Foreign References:
DE102015102174A12016-08-18
JP2013039672A2013-02-28
DE3721717A11989-01-12
DE102009056580A12011-05-26
DE102010061301A12012-06-21
GB2238977A1991-06-19
Other References:
L. KROLL ET AL.: "STRENGTH OF SELF-PIERCING RIVETED JOINTS FOR CFRP/ALUMINIUM SHEETS", 18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS SIND VERBINDUNGSTECHNOLOGIEN FÜR HYBRIDMATERIALIEN UND STRUKTUREN BESCHRIEBEN
Attorney, Agent or Firm:
HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (Uhlandstrasse 14c, Stuttgart, 70182, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verbindungselement für Faserverbundwerkstoff-Bauteile (12, 14),

umfassend einen Teller (24; 98; 116; 128), und eine Mehrzahl von beabstandeten Stiften (30; 100; 118; 130), welche an dem Teller (24; 98; 116; 128) sitzen, wobei die Stifte (30; 100; 118; 130) zum Eindringen in ein Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen sind, wobei die Stifte (30; 100; 118; 130) plastisch verformbar sind, und wobei in einer Fixierungsstellung des Verbindungselements ein Stift (30; 100; 118; 130) durch plastische Verformung mindestens bereichsweise quer zu einer Eindringrichtung (44) des entsprechenden Stifts (30; 100; 118; 130) in das Matrixmaterial (18) orientiert ist und/oder mindestens bereichsweise bezogen zu seiner Orientierung in einer Ausgangsstellung gebogen ist und/oder mindestens bereichsweise eine Querorientierung zu seiner Orientierung in der Ausgangsstellung aufweist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

mindestens drei Stifte (30; 100; 118; 130), vorzugsweise mindestens fünf Stifte (30; 100; 118; 130) und insbesondere durch mindestens sieben Stifte (30; 100; 118; 130).

3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (30; 100; 118; 130) beabstandet und insbesondere gleichmäßig beabstandet auf einer geschlossenen Linie (32) angeordnet sind .

4. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Stift (30; 100; 118; 130) einen Verjüngungsbereich (38; 104; 124; 132) an einem Ende (36), welcher zu dem Teller (24; 98; 116; 128) abgewandt ist, aufweist.

5. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stift (100) bezogen auf seinen Querschnitt (102) parallel zu dem Teller (98) einen Verjüngungsbereich (104) aufweist, wobei insbesondere ein Bereich mit größerer Breite (106) näher zu einem Rand (108) des Tellers (98) liegt als ein Bereich mit kleinerer Breite (110).

6. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (30; 100; 118; 130) mit dem Teller (24; 98; 116; 128) verbunden sind und insbesondere einstückig verbunden sind.

7. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass an einem Stift (130) mindestens ein Widerhaken (134) angeordnet ist.

8. Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen (12; 14) mit mindestens einem Verbindungselement (22; 96; 114; 126) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Verbindungselement (22; 96; 114; 126) von einer ersten Seite (58) einer Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) her in einer Richtung (60) von der ersten Seite (58) zu einer zweiten Seite (60) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) gedrückt wird, und an der zweiten Seite (60) ein Gegenelement (54) positioniert ist oder wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) in einer Richtung von der zweiten Seite (60) zu der ersten Seite (58) gedrückt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) beheizt wird und insbesondere bei thermoplastischem Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung eine Erwärmung in einen thermoplastischen Zustand oder fließfähigen Zustand des Matrixmaterials (18) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) angepasst an das mindestens eine Verbindungselement (22; 96; 114; 126) eine Vertiefung (98) zur Positionierung von Stiften (30; 100; 118; 130) aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (88) ringförmig einen zentralen Bereich (90) umgibt, wobei insbesondere der zentrale Bereich (90) mit einer geschlossenen Linie (32) korrespondiert, auf welcher die Stifte (30; 100; 118; 130) an dem Teller (24; 98; 116; 128) des mindestens einen Verbindungselements (22; 96; 114; 126) angeordnet sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (88) zu einem ersten Rand (92) hin, welcher dem zentralen Bereich (90) zugewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierlich verringernde Tiefe aufweist und/oder dass die Vertiefung (88) zu einem zweiten Rand (94) hin, welcher von dem

zentralen Bereich (90) abgewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierlich verringernde Tiefe aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) beweglich an einer ersten Hülse (66) geführt wird, welche insbesondere auf die Faserverbundwerksoff-Bauteil- Anordnung (56) an der zweiten Seite (60) aufgesetzt ist, wobei insbesondere das Gegenelement (54) und/oder die erste Hülse (66) beheizbar ist und/oder beheizt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (22; 96; 114; 126) über einen Stempel (52) in der Richtung (62) von der ersten Seite (58) zu der zweiten Seite (60) gedrückt wird, wobei insbesondere der Stempel (52) an einer zweiten Hülse (74) geführt wird, welche an der ersten Seite (58) auf die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) aufgesetzt ist, wobei insbesondere der Stempel (52) und/oder die zweite Hülse (74) beheizbar ist und/oder beheizt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der

zweiten Hülse (74) ein Heizelement (80) führbar ist und/oder geführt wird .

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (H) von Stiften (30; 100; 118; 130) des mindestens einen Verbindungselements (22; 96; 114; 126) über dem zugeordneten Teller (24; 98; 116; 128) höher oder gleich ist wie eine Höhe (D) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56; 10).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei hergestellter Verbindung Stifte (30; 100; 118; 130) des mindestens einen Verbindungselements (22; 96; 114; 126) im Vergleich zu ihrem Ausgangszustand gebogen sind und im Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff- Bauteil-Anordnung (10) liegen.

19. Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, umfassend eine Presseinrichtung (52) zum Einpressen eines Verbindungselements (22; 96; 114; 126) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in eine Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56), und ein Gegenelement (54) zur Verformung von Stiften (30; 100; 118; 130) des Verbindungselements (22; 96; 114; 126).

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das

Gegenelement (54) in einer ersten Hülse (66) geführt ist und/oder ein Stempel (52) der Presseinrichtung in einer zweiten Hülse (74) geführt ist, und insbesondere eine Heizeinrichtung (70; 72; 78; 82) an mindestens einer der folgenden Einrichtungen angeordnet ist: dem Gegenelement (54), dem Stempel (52), der ersten Hülse (66), der zweiten Hülse (74), einem Heizelement (80), welches in der zweiten Hülse (74) geführt ist.

21. Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung, umfassend mindestsens zwe Faserverbundwerkstoff-Bauteile (12, 14), welche mit mindestens einem Verbindungselement (22; 96; 114; 126) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verbunden sind.

Description:
Verbindungselement für Faserverbundwerkstoff-Bauteile, Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, Vorrichtung zur

Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen und

Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für Faserverbundwerkstoff- Bauteile.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verbindung von Faserver- bundwerkstoff-Bauteilen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Faserverbund Werkstoff- Bauteil- Anordnung . In dem Artikel "STRENGTH OF SELF-PIERCING RIVETED JOINTS FOR

CFRP/ALUMINIUM SHEETS" von L. Kroll et al., 18 th International Conference on Composite Materials sind Verbindungstechnologien für Hybridmaterialien und Strukturen beschrieben. Die JP 2013-039672 A offenbart ein Verbindungsverfahren für ein Harzteil .

Die WO 2016/071335 AI offenbart ein Verfahren zur Verbindung zweier Gegenstände. Die DE 37 21 717 AI offenbart ein Klemm- und Spannelement, bestehend aus einer Befestigungsklammer und mindestens einem Clip, wobei die Befestigungsklammer mehrere selbstschneidende Zargen aufweist, die mit dem Clip durch Umbiegen verbunden sind. Die DE 10 2009 056 580 AI offenbart ein Verfahren zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente.

Die DE 10 2010 061 301 AI offenbart ein Verbindungselement zum Verbinden eines Faserverbundbauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei das Verbindungselement einen Grundkörper aufweist, an dem zumindest ein Verankerungselement zum Verankern des Verbindungselements im Faser- verbundbauteil und zumindest ein Befestigungsmittel zum Befestigen mit dem zweiten Bauteil angeordnet sind.

Die GB 2 238 977 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Komposit- Materials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungselement der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich auf einfache Weise Faserverbundwerkstoff-Bauteile verbinden lassen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verbindungselement erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Teller vorgesehen ist, und dass eine Mehrzahl von beabstandeten Stiften vorgesehen sind, welche an dem Teller sitzen, wobei die Stifte zum Eindringen in ein Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen sind, wobei die Stifte plastisch verformbar sind, und wobei in einer Fixierungsstellung des Verbindungselements ein Stift durch plastische Verformung mindestens bereichsweise quer zu einer Eindringrichtung des entsprechenden Stifts in das Matrixmaterial orientiert ist und/oder mindestens bereichsweise bezogen auf seine Orientierung in einer Ausgangsstellung gebogen ist und/oder mindestens bereichsweise eine Quer- Orientierung zu seiner Orientierung in der Ausgangsstellung aufweist.

Das Verbindungselement lässt sich über seine Stifte während der Herstellung der Verbindung in die Faserverbundwerkstoff-Bauteile einführen. Durch die beabstandeten Stifte, welche nicht wie bei Halbhohlstanznieten umschlossene Bereiche bilden, erfolgt keine lokale Abtrennung von Material. Insbesondere werden in dem Faserverbundwerkstoff keine Fasern durchtrennt, sondern diese werden lediglich verdrängt; die Fasern können ausweichen und werden nicht beschädigt.

Durch die plastische Deformierbarkeit der Stifte lässt sich eine Verankerung des Verbindungselements in den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen erreichen und diese lassen sich dadurch relativ zueinander fixieren.

Zur Herstellung der Verbindung sind keine Vorbohrungen notwendig und es entstehen dadurch auch keine Spänekontaminationen in der Umgebung .

Über Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen mit erfindungsgemäßen Verbindungselementen ergeben sich vorteilhafte Rissstoppereigenschaften. Weiterhin lassen sich Faserverbundwerkstoff-Bauteile mit größeren Toleranzen verbinden, da die entsprechenden Fügepartner nicht über große Abmessungen hinweg parallele Flächen aufweisen müssen.

Ein entsprechendes Verbindungselement lässt sich auf einfache und kosten- günstige Weise herstellen.

Ferner lässt sich eine Verbindung auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Günstig ist es, wenn mindestens drei Stifte, vorzugsweise mindestens fünf Stifte und insbesondere mindestens sieben Stifte vorgesehen sind. Es ergibt sich dadurch eine gute Verbindbarkeit. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stifte beabstandet und insbesondere gleichmäßig beabstandet auf einer geschlossenen Linie angeordnet sind . Beispielsweise sind sie auf einer Kreislinie angeordnet. Ein entsprechendes Verbindungselement hat dann die ungefähre Struktur einer Halbhohl- stanzniete, wobei aber kein Bereich umschlossen ist. Dies führt dazu, dass beim Eindringen in einen Fügepartner kein Material getrennt werden muss, das heißt es findet keine lokale Abtrennung von Material statt. Weiterhin können Fasern ausweichen und durch diese Faserverdrängung lässt sich eine Durchtrennung von Fasern vermeiden.

Günstig ist es, wenn ein Stift einen Verjüngungsbereich an einem Ende, welcher zu dem Teller abgewandt ist, aufweist. Dieser Verjüngungsbereich kann beispielsweise durch eine oder mehrere Keilflächen, durch eine konische oder teilkonische Fläche usw. hergestellt sein. Der Verjüngungsbereich er- möglicht ein leichtes Eindringen in Matrixmaterial eines Faserverbundwerkstoffs (welches insbesondere erwärmt ist).

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist ein Stift bezogen auf seinen Querschnitt parallel zu dem Teller einen Verjüngungsbereich auf, wobei insbe- sondere ein Bereich mit größerer Breite näher zu einem Rand des Tellers liegt als ein Bereich mit kleinerer Breite. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Richtung für die plastische Verformung und damit für eine Art von Biegung eines Stifts vorgeben. Insbesondere lässt sich dadurch auf einfache Weise erreichen, dass sich ein Stift bei entsprechender Kraftausübung von einem zentralen Bereich des Tellers weg nach außen biegt, um so eine effektive Verankerung zu erhalten und damit wiederum eine gute Verbindung zwischen Faserverbundwerkstoff-Bauteilen zu erreichen.

Günstig ist es, wenn die Stifte mit dem Teller verbunden sind und insbe- sondere einstückig verbunden sind . Dadurch ergibt sich ein Verbindungselement, welches auf einfache Weise nutzbar und herstellbar ist. Bei einer Ausführungsform ist an einem Stift mindestens ein Widerhaken angeordnet. Diese Widerhaken bilden eine Art von Dorne. Über ihn lässt sich eine zusätzliche (formschlüssige) Verankerung erreichen. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Verbindung zwischen (mindestens) zwei Faserverbundwerkstoff- Bauteilen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen mit mindestens einem erfindungsgemäßen Verbindungselement bereitgestellt, bei dem das mindestens eine Verbindungselement von einer ersten Seite einer Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung her in einer

Richtung von der ersten Seite zu einer zweiten Seite der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung gedrückt wird, und bei dem an der zweiten Seite ein Gegenelement positioniert ist oder wird .

Es wird zunächst ein Verbindungselement in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung eingeführt. Die Stifte können in den Faserverbundwerkstoff eindringen. Über das Gegenelement lässt sich eine plastische Verformung erreichen, um eine "Verhakung" der Stifte in der Kombination von Faserver- bundwerkstoff-Bauteilen zu erreichen.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Gegenelement in einer Richtung von der zweiten Seite zu der ersten Seite gedrückt wird . Dadurch lässt sich die plastische Verformung von Stiften erreichen. Ferner lässt sich ein Werkstück (die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung) einspannen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Faserverbundwerkstoff-Bauteil- Anordnung beheizt wird und insbesondere bei thermoplastischem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil- Anordnung eine Erwärmung in einem thermoplastischen Zustand oder fließfähigen Zustand des Matrixmaterials erfolgt. Insbesondere erfolgt eine

Erhitzung über eine Konsolidierungstemperatur. Dadurch lassen sich auf einfache Weise die Stifte in den Faserverbundwerkstoff einführen. Fasern können ausweichen und werden nicht durchtrennt. Dies wird unterstützt durch die erhöhte Viskosität des Matrixmaterials. Nach anschließender Konsolidierung ergibt sich eine feste Verbindung mit ausgezeichneten Rissstoppereigenschaften. Darüber hinaus kann an einer Grenzfläche zwischen Faserver- bundwerkstoff-Bauteilen auch noch eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung in Art eines thermoplastischen Verschweißens erreicht werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Gegenelement angepasst an das mindestens eine Verbindungselement eine Vertiefung zur Positionierung von Stiften auf. Durch eine entsprechende Vertiefung lässt sich gezielt eine Positionierung von Stiften steuern. Beispielsweise kann dadurch eine Richtung für die plastische Verformung wie beispielsweise durch Biegung erreicht werden. Ferner lässt sich auch eine Art von Umlenkung erreichen. Günstig ist es dann, wenn die Vertiefung ringförmig einen zentralen Bereich umgibt, wobei insbesondere der zentrale Bereich mit einer geschlossenen Linie korrespondiert, auf welcher die Stiftelemente an dem Teller des mindestens einen Verbindungselements angeordnet sind . Es lässt sich so gezielt die plastische Verformung der Stifte und damit deren Position innerhalb der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung steuern.

Es ist dann insbesondere vorteilhaft, wenn die Vertiefung zu einem ersten Rand hin, welcher dem zentralen Bereich zugewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierlich verringernde Tiefe aufweist und/oder die Vertiefung zu einem zweiten Rand, welcher von dem zentralen Bereich abgewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierliche verringernde Tiefe aufweist. Es sind so Kanten und dergleichen vermieden. Es lässt sich so auf einfache Weise eine gezielte Verbiegung der Stifte erreichen. Bei einer Ausführungsform ist das Gegenelement beweglich an einer ersten Hülse geführt, welche insbesondere auf die Faserverbundwerkstoff-Bauteil- Anordnung an der zweiten Seite aufgesetzt ist, wobei insbesondere das Gegenelement und/oder die erste Hülse beheizbar ist und/oder beheizt wird . Über die erste Hülse (in Korrespondenz insbesondere mit einer zweiten Hülse) lässt sich ein Werkstück (die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung) auf definierte Weise einspannen und es lässt sich der entsprechende Verbindungs- prozess durchführen. Ferner lässt sich durch die erste Hülse das Gegen- element definiert führen, um eine definierte, räumlich gesteuerte optimierte Positionierung eines Verbindungselements mit plastisch verformten Stiften zu erreichen. Weiterhin lässt sich eine gezielte Beheizung durchführen, um Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs weich zu machen und beispielsweise über seine Konsolidierungstemperatur zu bringen.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn das mindestens eine Verbindungselement über einen Stempel in der Richtung von der ersten Seite zu der zweiten Seite gedrückt wird, wobei insbesondere der Stempel an einer zweiten Hülse geführt wird, welche an der ersten Seite auf die Faserverbund- werkstoff-Bauteil-Anordnung aufgesetzt ist, wobei insbesondere der Stempel und/oder die zweite Hülse beheizbar ist und/oder beheizt wird . Zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse lässt sich ein Werkstück einspannen. Die zweite Hülse kann ferner als Führung für den Stempel benutzt werden. Der Stempel übt die notwendige Druckkraft aus, um ein Verbindungselement in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung zu drücken.

Günstig ist es, wenn an der zweiten Hülse ein Heizelement führbar ist und/oder geführt wird . Dieses zweite Heizelement, welches auch der Stempel sein kann, wird insbesondere eingesetzt, um einen großen Oberflächenbereich aufzuheizen, und insbesondere einen Bereich aufzuheizen, in welchen dann anschließend ein Verbindungselement gedrückt wird.

Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Höhe von Stiften des mindestens einen Verbindungselements über dem zugeordneten Teller höher oder gleich ist wie eine Höhe (Dicke) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung . Dadurch wird eine gute Verbindung erreicht. Ferner lässt es sich auf einfache Weise erkennen, ob ein oder mehrere Stifte während des Verbindungsvorgangs abgebrochen sind. Es ist insbesondere vorgesehen, dass bei hergestellter Verbindung Stifte des mindestens einen Verbindungselements im Vergleich zu einem Ausgangszustand durch plastische Verformung gebogen sind und im Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung liegen. Insbesondere weisen sie eine derartige Umbiegung auf, dass ein Umlenkungs- bereich vorhanden ist. Wenn beispielsweise zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteile miteinander zu verbinden sind, dann ist es vorteilhaft, wenn Stifte sowohl in dem ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteil als auch in dem zweiten Faser- verbundwerkstoff-Bauteil liegen, um eine sichere Verbindung zu erreichen.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen ist eine Presseinrichtung zum Einpressen eines

erfindungsgemäßen Verbindungselements vorgesehen, und es ist ein Gegen- element (Matrize) zur Verformung von Stiften des Verbindungselements vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich an der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich verwenden, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Gegenelement in einer ersten Hülse geführt ist und/oder ein Stempel der Presseinrichtung in einer zweiten Hülse geführt ist, und insbesondere ist eine Heizeinrichtung an mindestens einer der folgenden Einrichtungen angeordnet: dem Gegenelement, dem Stempel, der ersten Hülse, der zweiten Hülse, einem Heizelement, welches an der zweiten Hülse geführt ist. Dadurch lässt sich insbesondere ein Werkstück zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse einpressen. Ferner lässt sich über den

Stempel und das Gegenelement ein Verbindungselement in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung einpressen und es lässt sich eine plastische Verformung von Stiften erreichen. Über die mindestens eine Heizeinrichtung lässt sich Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs "weich" machen. Dadurch wiederum lässt sich auf einfache Weise ein Einpressen des Verbindungselements erreichen. Fasern im Faserverbundwerkstoff können verdrängt werden und es wird eine Durchtrennung verhindert.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung bereitgestellt, umfassend mindestens zwei Faserverbundwerkstoff- Bauteile, welche miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung mit mindestens einem erfindungsgemäßen Verbindungselement erfolgt.

Zusätzlich kann auch noch eine stoffschlüssige Verbindung an Grenzflächen zwischen zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteilen vorliegen. Diese Verbindung wird insbesondere über thermoplastisches Schweißen erreicht.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung

Es zeigen :

Figur 1 Eine schematische (Teilschnitt-)Ansicht von zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, welche über ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements verbunden sind;

Figur 2 eine erste perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements;

Figur 3 eine andere perspektivische Darstellung des Verbindungselements gemäß Figur 2; Figur 4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer

Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff- Bauteilen; Figuren 5 bis 7 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung der Verbindung mit der Vorrichtung gemäß Figur 4;

Figur 8 schematisch eine hergestellte Verbindung (ähnlich zu Figur

i ) ;

Figur 9 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements; Figur 10 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß Figur 9;

Figur 11 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements;

Figur 12 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß Figur 11;

Figur 13 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Aus- führungsbeispiels eines Verbindungselements; und

Figur 14 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß Figur 13. Eine erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung, welche in Figur 1 schematisch gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst (mindestens) ein erstes Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und ein zweites Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14. Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 sind aus einem Faserverbundwerkstoff 16 hergestellt (vgl. Figur 4), welcher ein Matrixmaterial 18 umfasst und über Fasern 20 faserver- stärkt ist. Die Fasern 20 können beispielsweise Einzelfasern sein oder in einem Gewebe, Gewirke oder dergleichen vorliegen.

Das Matrixmaterial 18 ist insbesondere ein thermoplastisches Material wie beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon).

Grundsätzlich können das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 aus dem gleichen Material bezüglich Matrixmaterial 18 und Fasern 20 oder aus unterschiedlichen Materialien bezüglich Matrixmaterial 18 und/oder Fasern 20 hergestellt sein.

Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 sind über ein und insbesondere mehrere Verbindungselemente 22 miteinander verbunden. Ein Verbindungselement 22 ist eine Art von Niet.

Ein Verbindungselement 22 (Figuren 2 und 3) umfasst einen Teller 24. Der Teller 24 weist eine erste Seite 26 und eine gegenüberliegende zweite Seite 28 auf.

Bei einer Ausführungsform ist die erste Seite 26 eben ausgebildet. Die zweite Seite 28 ist insbesondere eben ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die erste Seite 26 und die zweite Seite 28 parallel zueinander.

Der Teller 24 ist beispielsweise in Art einer Kreisscheibe ausgebildet.

Die erste Seite 26 bildet eine Anlagefläche an das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12. Die zweite Seite 28 bildet bei der Herstellung der Faserver- bundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 mit Verbindung über das mindestens eine Verbindungselement 22 eine Druckfläche zum Pressen des Verbindungselements 22 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12 und 14. Der Teller 24 kann insbesondere an der zweiten Seite 28 abgerundet ausgebildet sein, um scharfe Kanten oder dergleichen an der zweiten Seite 28 zu vermeiden. An dem Teller 28 sitzen eine Mehrzahl von Stiften 30. Die Stifte 30 sind beabstandet zueinander.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Stifte 30 beabstandet auf einer geschlossenen Linie 32 (Figur 3) sitzen. Diese Linie 32 ist bei einem Aus- führungsbeispiel (Figuren 2, 3) eine Kreislinie.

Die geschlossene Linie 32 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 parallel beabstandet zu einem Rand 34 des Tellers 24. Die Stifte 30 sind insbesondere gleichmäßig beabstandet an dem Teller 24 angeordnet, das heißt ein Abstand zwischen benachbarten Stiften 30 ist für alle Stifte gleich.

Ein Stift 30 ragt quer zu der ersten Seite 26 über den Teller 24 hinaus weg .

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Stift 30 senkrecht zu der ersten Seite 26 des Tellers 24 orientiert.

Ein Stift 30 weist an einem Ende 36, welches abgewandt zu dem Teller 24 ist, einen Verjüngungsbereich 38 auf. Dieser Verjüngungsbereich 38 ist beispielsweise über eine Keilfläche (Figuren 2, 3) gebildet. Er kann auch über mehrere Keilflächen gebildet sein oder beispielsweise über eine Kegelspitze (vgl .

Figuren 9 bis 12). Der Verjüngungsbereich 38 dient zum Erleichtern des Eindringens in die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14. Die Anzahl der Stifte 30 beträgt vorzugsweise mindestens drei und besonders bevorzugt mindestens fünf und insbesondere mindestens sieben.

Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zehn Stifte 30 vorhanden.

Grundsätzlich richtet sich die Anzahl der Stifte 30 und ihre Abmessungen sowie die Abmessungen des Tellers 24 an die Anwendung, das heißt an die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14, die miteinander zu verbinden sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform entspricht eine Höhe H der Stifte 30 einer Höhe D (Dicke D) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 (vgl. Figur 1), oder diese Höhe H ist größer als die Dicke D. Wenn die Höhe H der Stifte 30 größer ist als die Dicke D und insbesondere etwas größer ist als die Dicke D, dann kann auf einfache Weise eine Kontrolle erfolgen, ob Stifte 30 beim Herstellungsprozess der Verbindung abgebrochen sind . Es ist dabei möglich, dass alle Stifte 30 die gleiche Höhe H aufweisen, oder dass unterschiedliche Höhen H für unterschiedliche Stifte 30 vorgesehen sind .

Die Dicke D der hergestellten Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 setzt sich zusammen als Summe der Dicken di des ersten

Faserverbundwerkstoff-Bauteils 12 und d 2 des zweiten Faserverbundwerkstoff- Bauteils 14. Eine typische Größenordnung für die Dicken di und d 2 liegt bei 1 bis 3 mm.

Bei dem Verbindungselement 22 gemäß den Figuren 2, 3 ist eine gerade Anzahl von Stiften 30 vorgesehen. Diese sind auf der Linie 32 positioniert. Verbindungslinien 40 zwischen diametral gegenüberliegenden Stiften 30 schneiden sich in einem Punkt 42, welcher ein Mittelpunkt der Linie 32 ist. Es ergibt sich so eine gleichmäßige Kraftverteilung. Das Verbindungselement 22 ist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt. Die Stifte 30 sind plastisch verformbar. In den Figuren 2, 3 ist ein Ausgangszustand des Verbindungselements 22 gezeigt. Durch die plastische Verformbarkeit können die Stifte 30 ihre Orientierung bezogen auf den Ausgangszustand ändern. Sie lassen sich insbesondere mindestens bereichsweise biegen (und dabei relativ zu dem Teller 24 biegen). Bezogen auf eine Eindringrichtung 44 des Verbindungselements 22 in ein Faserverbundwerkstoff- Bauteil 12 beziehungsweise 14 (angedeutet in Figur 2) lassen sich die Stifte 30 mindestens bereichsweise quer orientieren. Bezogen auf die Ausgangsstellung, welche insbesondere senkrecht zu dem Teller 24 ist, lassen sich die Stifte 30 mindestens bereichsweise durch plastische Verformung mit einer Querorientierung versehen. In Figur 1 ist eine Fixierungsstellung des Verbindungselements 22 gezeigt, bei welcher die Stifte 30 zu dem Teller 24 und bezogen auf die Ausgangsstellung gemäß den Figuren 2, 3 gebogen sind.

Durch die plastische Verformbarkeit und Biegung der Stifte 30 können diese beim Eindringen in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 beziehungsweise 14 an Fasern 20 vorbeigeführt werden und es kann eine Verankerung in den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12, 14 erfolgen, wodurch eine Verbindung zwischen diesen möglich ist, um die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 herzustellen.

Die Stifte 30 sind an dem Teller 24 insbesondere derart angeordnet und ausgebildet, dass eine plastische Verformbarkeit der Stifte 30 (eine Biegbarkeit) vorliegt, welche von der Linie 32 nach außen weg (in Richtung zu dem Rand 34 hin) erfolgt. Es liegt insbesondere eine Biegbarkeit in einer radialen

Richtung 46 (Figur 3) weg von dem Punkt 42 vor. Zusätzlich zu der Verbindung mit den Verbindungselementen 22 kann auch noch eine Verschweißung an einer Grenzfläche 48 zwischen den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12 und 14 vorliegen. Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 50 (Figuren 4 bis 7) zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12, 14 (wobei auch mehr als zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteile miteinander verbunden werden können), umfasst einen Stempel 52 (Figur 6), über welchen ein Verbindungselement 22 mit seinen Stiften 30 in Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 gedrückt werden kann unter Eindringen der Stifte 30 in der Eindringrichtung 44 in das entsprechende Matrixmaterial 18 und unter Verdrängung von Fasern 20, falls diese den Stiften 30 im Weg sein sollten.

Dem Stempel 52 ist ein Gegenelement 54 (Matrize) zugeordnet. Eine Faser- verbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 vor der Verbindung hat eine erste

Seite 58 und eine gegenüberliegende zweite Seite 60. Es ist vorgesehen, dass ein Verbindungselement 22 an der ersten Seite 58 positioniert wird und der Stempel 52 in einer Richtung 62 von der ersten Seite 58 zu der zweiten Seite 60 bewegt wird, um das Verbindungselement 22 mit der Eindringrichtung 44 der Stifte 30 in das Matrixmaterial 18 der Faserverbund Werkstoff- Bauteil- Anordnung 56 zu bringen.

Das Gegenelement 54 wird an der zweiten Seite 60 positioniert, um eben als Gegenelement wirken zu können.

Es kann dabei insbesondere auch vorgesehen sein, dass das Gegenelement 54 in einer Richtung 64, welche eine Gegenrichtung zu der Richtung 62 ist, und einer Richtung von der zweiten Seite 60 zu der ersten Seite 58 entspricht, gegen die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gepresst wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine erste Hülse 66 vorgesehen. Die erste Hülse 66 ist zur Positionierung an der zweiten Seite 60 bestimmt. Die erste Hülse 66 weist eine Führungsausnehmung 68 auf, in welcher das Gegenelement 54 verschieblich geführt ist. Die erste Hülse 66 ist insbesondere ringförmig ausgestaltet beispielsweise in Form eines Kreisrings. Die Führungsausnehmung 68 ist insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet. Das Gegen- element 54 ist dann insbesondere zylindrisch ausgebildet.

Die erste Hülse 66 ist zur festen Positionierung an der zweiten Seite 60 vorgesehen. In der Führungsausnehmung 68 lässt sich dann das Gegenelement 54 in der Richtung 64 führen und dabei an die Faserverbundwerkstoff-Bauteil- Anordnung 56 anpressen.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Gegenelement 54 eine Heizeinrichtung 70. Über diese Heizeinrichtung 70 ist die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung derartig erwärmbar, dass insbesondere eine Konsolidierungs- temperatur für das Matrixmaterial 18 erreicht werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Heizung über die Heizeinrichtung 70 derart, dass Matrixmaterial 18 in einen "weichen" beziehungsweise fließfähigen Zustand gebracht werden kann. Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die erste Hülse 66 eine Heizeinrichtung 72 aufweist, um die gleiche Erwärmungswirkung zu erzielen.

Bei einer Ausführungsform ist eine zweite Hülse 74 vorgesehen, welche zur Positionierung an der ersten Seite 58 dient. Die zweite Hülse 74 ist insbesondere in Form eines Zylinderrings ausgebildet.

Ein Werkstück lässt sich zwischen der ersten Hülse 66 und der zweiten Hülse 74 einspannen.

Die zweite Hülse 74 weist eine Führungsausnehmung 76 auf. Die Führungsausnehmung 76 ist angepasst an die Abmessungen des Verbindungselements 22 und dabei des Tellers 24. Dieses lässt sich durch die Führungsausnehmung 66 hindurchführen, um die Stifte 30 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 bringen zu können. Die zweite Hülse 74 bildet eine Positionierschablone für das Verbindungselement 22. Ferner dient die Führungsausnehmung 76 dazu, den Stempel 52 zu führen und mit dem Stempel 52 den Teller 24 (an der zweiten Seite 28) beaufschlagen zu können, um das Verbindungselement 22 mit seinen Stiften 30 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 57 pressen zu können. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Hülse 74 eine Heizeinrichtung 78 aufweist, über welche die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 von der ersten Seite 58 her beheizbar ist.

Es kann ferner ein Heizelement 80 vorgesehen sein (Figuren 4, 5), welches ebenfalls eine Heizeinrichtung 82 aufweist. Es ist insbesondere vorgesehen, dieses Heizelement 80 in die Führungsausnehmung 76 zu führen, um den Bereich an der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56, welcher nicht von der zweiten Hülse 74 berührt wird und damit nicht in thermischem

Kontakt mit dieser steht, zu heizen. Dadurch wird das Heizelement 80 in der Führungsausnehmung 76 an die erste Seite 58 für einen thermischen Kontakt gedrückt.

Das Heizelement 80 wird benutzt, bevor das Verbindungselement 22 in die Führungsausnehmung 76 gebracht wird und mit dem Stempel 52 in die Faser- verbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gedrückt wird.

Das Heizelement 80 kann dabei durch den Stempel 52 gebildet sein oder von diesem getrennt sein. Grundsätzlich ist es möglich, dass der Stempel 52 selber eine Heizeinrichtung aufweist, und so insbesondere das Verbindungselement 22, welches dann vorzugsweise aus einem metallischen Material ist, heizt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Faserverbundwerkstoff- Bauteil-Anordnung 10 mit verbundenem ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 durch eine oder mehrere Verbindungselemente 22 aus der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 vor der Verbindung erfolgt wie folgt:

Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 werden aneinander gelegt. Es kann dabei vorgesehen sein, dass, wie oben erwähnt, die Grenzfläche 48 zwischen dem ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und dem zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 erhitzt wird und insbesondere eine flächige Schweißverbindung durchgeführt wird. Es wird dann an der Vorrichtung 50 die erste Hülse 66 an die zweite Seite 60 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 (vor der Verbindung) angelegt. Ferner wird die zweite Hülse 74 angelegt und dabei das entsprechende Werkstück eingespannt. Die erste Hülse 66 und die zweite Hülse 74 weisen insbesondere mindestens näherungsweise gleiche Quermessungen auf und sind fluchtend zueinander ausgerichtet.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass diese aneinander gepresst werden.

Es wird das Gegenelement 54 in die Führungsausnehmung 68 gebracht und an die zweite Seite 60 geführt. Das Heizelement 80 wird in die Führungsausnehmung 76 gebracht und an die erste Seite 58 geführt. Es erfolgt eine Beheizung, um den entsprechenden Faserverbundwerkstoff zu erwärmen und dabei das Matrixmaterial 18 zu erwärmen, so dass dieses in einem thermoplastischen Zustand ist beziehungsweise fließfähig ist. Wenn beispielsweise PEEK als Matrixmaterial 18 verwendet wird, dann erfolgt eine Erhitzung auf circa 400°C, um entsprechend die Konsolidierungstemperatur des Matrixmaterials 18 zu erreichen. Parallel dazu wird das Verbindungselement 22 erhitzt.

Es wird dann durch die Führungsausnehmung 76 ein Verbindungselement 22 zu der ersten Seite 58 geführt und mit dem Stempel 52 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gedrückt. Die Stifte 30 dringen in der Eindringrichtung 44 in das Matrixmaterial 18 ein.

Fasern 20 werden, wenn sie in den Bereich der Stifte 30 kommen, verdrängt, und dabei nicht durchtrennt. Durch die Erwärmung ist die Viskosität des Matrixmaterials 18 so verringert, dass eben dieses Ausweichen der Fasern 20 ermöglicht ist.

Das Gegenelement 54 ist bei diesem Verfahrensschritt fest positioniert, das heißt derart, dass es nicht in der Richtung 62 ausweichen kann.

Wenn die Stifte 30 das Gegenelement 54 beaufschlagen (direkt oder mit Matrixmaterial 18 dazwischen), werden diese plastisch verformt (Figur 7) und bezogen auf den Ausgangszustand werden die Stifte 30 umgebogen (Figur 7). Diese können sich dadurch im Matrixmaterial 18 sowohl des ersten

Faserverbundwerkstoff-Bauteils 12 als auch des zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 14 verankern und es wird die Verbindung erreicht.

Die erste Seite 26 des Tellers 24 liegt dabei an der ersten Seite 58 des ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 12 an und es wird ein weiteres Eindringen verhindert. In einer Fixierungsstellung 84 (vgl. Figur 8) sind die Stifte 30 im Vergleich zu der Ausgangsstellung (vgl. Figur 6) gebogen. Sie weisen bereichsweise eine Querorientierung zu der Eindringrichtung 44 auf und sind bereichsweise eben quer orientiert zu dieser Ausgangsstellung. Durch die Erhitzung der Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 kann auch, wenn zuvor keine Schweißverbindung erfolgt ist, eine stoffschlüssige Verbindung an der Grenzfläche 48 erfolgen.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Gegenelement 54 an einer Seite 86, welche der zweiten Seite 60 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 46 bei der Herstellung der Verbindung zugewandt ist, eine Vertiefung 88 auf, welche ringförmig einen zentralen Bereich 90 umgibt. Diese Vertiefung 88 ist durch einen ersten Rand 92 zu dem zentralen Bereich 90 hin begrenzt, und durch einen zweiten Rand 94 zu einer Außenseite des Gegenelements 54 hin begrenzt.

Der zentrale Bereich 90 ist in seinen Querabmessungen an den Teller 24 an- gepasst (und dadurch an die Führungsausnehmung 76 beziehungsweise den Stempel 52). Der zentrale Bereich 90 weist insbesondere bei einer kreisscheibenförmigen Ausbildung des Tellers 24 einen etwas kleineren Durchmesser auf als der Teller 24. Eine Tiefe T der Vertiefung 88 verkleinert sich zu dem ersten Rand 92 hin kontinuierlich und verkleinert sich zu dem zweiten Rand 94 hin kontinuierlich. Zwischen dem ersten Rand 92 und dem zweiten Rand 94 weist die Vertiefung 88 ihre größte Tiefe auf. Es sind insbesondere Kanten und dergleichen an der Vertiefung 88 vermieden.

Die Vertiefung 88 ist ausgerichtet auf die Position der Stifte 30 an einem Verbindungselement 22.

Wenn ein Verbindungselement 22 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-An- Ordnung 56 gedrückt wird (Figur 6), dann können die Stifte 30 in die Vertiefung 88 ausweichen und dort eine Art von Umlenkung erfahren (Figur 7). Es lässt sich so eine Art von Widerhakenpositionierung in der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 erreichen, um eben in der Faserverbundwerkstoff- Bauteil-Anordnung 10 die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 miteinander zu verbinden.

Die Vertiefung 88 sorgt über entsprechende Anpassung an das Verbindungs- element 22 mit der Anordnung seiner Stifte 30 für eine gezielte Führung der plastischen Verformung der Stifte 30 und insbesondere für eine Umlenkung für eine gezielte Verbiegung .

Vorzugsweise korrespondiert der zentrale Bereich 90 mit der Linie 32 und ins- besondere sind diese bezogen auf die Richtung 62 fluchtend zueinander ausgerichtet.

Es kann vorgesehen sein, dass nach Positionierung des Verbindungselements 22 mit seinen Stiften 30 zur Abkühlung des Werkstücks eine definierte Ab- kühlung des Gegenelements 54 beziehungsweise der ersten Hülse 66 beziehungsweise der zweiten Hülse 74 mit dem Heizelement 80, welches jetzt als Kühlelement wirkt, erfolgt, um eine Konsolidierung der Fügepartner 12 und 14 zu erreichen. Das Ergebnis ist dann die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 (Figur 1 beziehungsweise Figur 8).

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich zusammen aus einem Stanznieten des Verbindungselements 22 mit Elementen eines Thermoplastschweißver- fahrens, in dem das Matrixmaterial 18 über seine Konsolidierungstemperatur gebracht wird, um eben thermoplastisch zu sein beziehungsweise fließfähig zu sein. Dadurch, dass mehrere beabstandete Stifte 30 an dem Teller 24 angeordnet sind, findet keine lokale Abtrennung an den Faserverbundwerkstoff- Bauteilen 12, 14 statt; es ist ein vollständig umschlossener Bereich wie beim Halbhohlstanznieten vermieden.

Über die Stifte 30 können Fasern 20 verdrängt werden; eine Durchtrennung von Fasern 20 wird dadurch vermieden. Die Erwärmung des Matrixmaterials 18 unterstützt diesen Verdrängungsprozess über Erniedrigung der Viskosität des Matrixmaterials 18.

Die plastische Verformung der Stifte 30 ermöglicht eine optimierte Positio- nierung der Stifte 30 in dem Faserverbundwerkstoff 16 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10. Die Stifte 30 können sich gewissermaßen darin verfangen und so für die Verbindung sorgen .

Zusätzlich zur mechanischen Verbindung über ein Verbindungselement 22 kann auch noch eine stoffschlüssige Verbindung an der Grenzfläche 58 durch vorher durchgeführtes thermoplastisches Schweißverfahren, oder durch entsprechende Erhitzung während des "Vernietungsprozesses" durch Verbindungselemente 22 erfolgen. Die Verbindung über ein Verbindungselement 22 lässt sich herstellen, ohne dass eine Vorbohrung erfolgen muss. Dadurch entstehen auch keine Späne, welche eine Kontamination der Umgebung verursachen.

Durch vorhandene Verbindungselemente 22 erhält man für eine hergestellte Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 sehr gute Rissstoppereigenschaften, das heißt die Ausbreitung von Rissen lässt sich begrenzen.

Weiterhin lassen sich Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 mit relativ hohen Toleranzen bei den Fügepartnern herstellen, da nicht unbedingt parallele beziehungsweise exakt parallele Flächen vorhanden sein müssen.

Ein Verbindungselement 22 lässt sich auf einfache Weise herstellen. Es kann beispielsweise aus einem Tiefziehstahl oder aus einer Legierung wie Ti-6AI-4V hergestellt sein.

Eine Vorrichtung 50 zur Herstellung einer Verbindung lässt sich auf konstruktiv einfache Weise ausbilden und universell einsetzen. Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnungen 10, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise mit Hilfe von erfindungsgemäßen Verbindungselementen 22 hergestellt worden sind, lassen sich in vielen Gebieten wie Flugzeugbau, Automobilbau, Sportgerätebau usw. einsetzen. Grundsätzlich lassen sich alle Faserverbundwerkstoff-Bauteile mit thermoplastischem

Matrixmaterial 18 verbinden.

Wie oben erwähnt, hängt die Anordnung und Ausbildung der Stifte 30 an dem Teller 24 sowie die Anzahl der Stifte 30 von der jeweiligen Anwendung ab.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 96

(Figuren 9, 10) sind an einem Teller 98 Stifte 100 angeordnet. In ihrer Ausgangsstellung ragen diese Stifte 100 senkrecht von dem Teller 98 weg. Ein Stift 100 weist bezogen auf einen Querschnitt 102 parallel zu dem Teller 98 einen Verjüngungsbereich 104 auf. An diesem Verjüngungsbereich 104 ist eine Breite 106 zu einem Rand 108 des Tellers 98 größer als eine Breite 110 zu einem Zentrum.

Im Querschnitt 102 ist ein Steg 100 beispielsweise mindestens näherungs- weise dreieckförmig.

Insbesondere erstreckt sich ein solcher Verjüngungsbereich 104 über eine gesamte Höhe eines Stifts 100 bis in einen Verjüngungsbereich an einem Ende.

Der Verjüngungsbereich 104 im Querschnitt 102 dient dazu, bei der

plastischen Verformung ein Biegen nach außen (von einem Zentrum 112 weg) zu erreichen. Durch den Verjüngungsbereich 104 lässt sich eine Biegerichtung vorgeben.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 114 (Figuren 11, 12) ist ein Teller 116 vorgesehen, an welchem Stifte 118 in einer Ausgangsstellung senkrecht nach oben weg ragen. Ein Stift 108 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist an einem Ende 120 mit einer Spitze 122 versehen; an dem Ende 120 ist ein Verjüngungsbereich 124 gebildet, welcher zu der Spitze 122 führt.

Die Stifte 118 sind insbesondere auf einer Kreislinie beabstandet angeordnet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 126 (Figuren 13, 14) ist ein Teller 128 vorgesehen, an welchem ein Ausgangszu- stand Stifte 130 senkrecht nach oben ragen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Stifte 130 einen kreisrunden Querschnitt auf und einen Verjüngungsbereich 132 im Bereich eines zu dem Teller 128 abgewandten Endes.

An den Stiften 130 sitzen eine Mehrzahl von Widerhaken 134.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Widerhaken in Art einer Dorne gebildet, welche quer von dem Stift 130 ab ragt.

Ein solcher Widerhaken 134 weist beispielsweise eine dreieckförmige Gestalt auf.

Die Widerhaken 134 bewirken eine Oberflächenvergrößerung der Kombination aus Stift 130 mit Widerhaken 134.

Die Widerhaken 134 sorgen für eine zusätzliche formschlüssige Fixierung in konsolidiertem Matrixmaterial 18. Insbesondere sind umfänglich um den Stift 130 verteilt Widerhaken 134 angeordnet. Diese können dabei auf unterschiedlichen Höhen bezogen auf den Abstand zu dem Teller 128 angeordnet sein. Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Widerhaken 134 bezogen auf einen Mantel 136 eines Stifts 130 eine erste Flanke 138 und eine zweite Flanke 140 auf. Die erste Flanke 138 ist dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie in einem stumpfen Winkel 142 (größer als 180°) zu dem Mantel 136 liegt. Die erste Flanke 138 ist dabei abgewandt zu dem Teller 128.

Die zweite Flanke 140 ist zugewandt zu dem Teller 128. Sie liegt insbesondere in einem spitzen Winkel 144 zu dem Mantel 136.

Die Anordnung der ersten Flanke 138 in dem stumpfen Winkel 142 erleichtert das Eindringen eines Stifts 130 beim Einführen in die Faserverbundwerkstoff- Bauteil-Anordnung 56.

Bezugszeichenliste Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung

Erstes Faserverbundwerkstoff-Bauteil

Zweites Faserverbund Werkstoff- Bauteil

Faserverbundwerkstoff

Matrixmaterial

Fasern

Verbindungselement

Teller

Erste Seite

Zweite Seite

Stifte

Linie

Rand

Ende

Verjüngungsbereich

Verbindungslinie

Punkt

Eindringeinrichtung

Radialer Bereich

Grenzfläche

Vorrichtung

Stempel

Gegenelement

Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung vor/bei Verbindung Erste Seite

Zweite Seite

Richtung

Richtung

Erste Hülse

Führungsausnehmung Heizeinrichtung

Heizeinrichtung

Zweite Hülse

Führungsausnehmung

Heizeinrichtung

Heizelement

Heizeinrichtung

Fixierungsstellung

Seite

Vertiefung

Zentraler Bereich

Erster Rand

Zweiter Rand

Verbindungselement

Teller

Stifte

Querschnitt

Verjüngungsbereich

Breite

Rand

Breite

Zentrum

Verbindungselement

Teller

Stift

Ende

Spitze

Verjüngungsbereich

Verbindungselement

Teller

Stift

Verjüngungsbereich

Widerhaken Mantel

Erste Flanke Zweite Flanke Stumpfer Winkel Spitzer Winkel