SCHIEBEL, Patrick (Hamburger Strasse 105, Bremen, 28205, DE)
HOFFMEISTER, Christoph (Feldstrasse 60, Bremen, 28203, DE)
VOLLERTSEN, Frank (Johann-Brand-Weg 26, Bremen, 28357, DE)
HERRMANN, Axel (Marder Stieg 9, Stade, 21682, DE)
SCHIEBEL, Patrick (Hamburger Strasse 105, Bremen, 28205, DE)
HOFFMEISTER, Christoph (Feldstrasse 60, Bremen, 28203, DE)
VOLLERTSEN, Frank (Johann-Brand-Weg 26, Bremen, 28357, DE)
| Ansprüche 1. Verbindung (10) zwischen einem monolithischen Metallbauteil (12) und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil (14), umfassend: - eine erste Zone (16), in der Metalldrähte oder ein Metallgitter (18) oder ein Lochblech durch thermisches Fügen oder durch ein Urformverfahren an eine Stirnfläche (20) des Metallbauteils (12) parallel zu selbiger gebunden sind/ist, - eine zweite Zone (22) mit einer Laminatschichtstruktur, in der Lagen (24, 26, 28, 30, 32, 33) des Laminatbauteils (14), die sich aus einer Stirnfläche (34) des Laminatbauteils (14) heraus erstrecken, mit Fasern (36, 38, 40, 42, 44) abwechselnd geschichtet sind, wobei die Fasern (36, 38, 40, 42, 44) an einem Ende Schlaufen (46, 48, 50, 52, 54) aufweisen, die an den Metalldrähten oder an dem Metallgitter (18) oder an dem Lochblech befestigt sind, und eine Übergangszone (56) mit einer Laminatschichtstruktur, in der die Lagen des Laminatbauteils (14), die sich aus der Stirnfläche (34) des Laminatbauteils (14) heraus erstrecken, mit freien Enden (58, 60, 62, 64, 66) der Fasern (36, 38, 40, 42, 44) der zweiten Zone (22), einen Übergang bildend, abwechselnd geschichtet sind. 2. Verbindung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminatbauteil (14) ein CFK-Bauteil ist. 3. Verbindung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das monolithische Metallbauteil (12) aus Aluminium ist. 4. Verbindung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Fügen Schweißen oder Löten umfasst. 5. Verbindung (10) nach, einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Urformverfahren Gießen umfasst. 6. Verbindung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (36, 38, 40, 42, 44) Kohlenstofffasern sind. 7. Verbindung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldrähte, das Metallgitter (18) oder das Lochblech aus Titan bestehen/besteht. 8. Verbindung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldrähte oder das Metallgitter (18) oder das Lochblech so geformt sind/ist, dass die Fasern (36, 38, 40, 42, 44) nicht mit dem Metallbauteil (12) in Kontakt stehen. 9. Verbindung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (12; 72; 148) eine Metallschale und das Laminatbauteil (14; 74) eine CFK-Sandwichplatte (140) ist. 10. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschlaufen (46, 48, 50, 52, 54) mittels eines textilen Herstellverfahrens, vorzugsweise ein Tailored-Fibre-Placement- Verfahren, hergestellt werden. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (22) gleichzeitig mit einem Kunststoff-Injektionsprozess für die Herstellung des Laminatbauteils (14) mit einer Matrix durchtränkt wird. 12. Verbindung (70; 140) zwischen einem monolithischen Metallbauteil (72; 148) und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil (74), umfassend: - eine Zone (76), in der ein Metall-Laminat (78) stirnflächig durch thermisches Fügen oder ein Urformverfahren an eine Stirnfläche (80; 150) des Metallbauteils (72; 148) gebunden ist, und - eine Übergangszone (82) mit einer Metall-Faser-Lammatschichtstruktur, in der Lagen (84, 86, 88, 90, 92) des Laminatbauteils (74), die sich aus einer Stirnfläche (80; 150) des Laminatbauteils (74) heraus erstrecken, mit Enden (96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116) der Metallschichten (118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) des Metall-Laminats (78), einen Übergang bildend, abwechselnd geschichtet sind. 13. Verbindung (70; 140) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminatbauteil (74) ein CFK-Bauteil ist. 14. Verbindung (70; 140) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das monolithische Metallbauteil (72; 148) aus Aluminium ist. 15. Verbindung (70; 140) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) des Metall- Laminats (78) aus Metallfolien oder -blechen bestehen. 16. Verbindung (70; 140) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien oder -bleche aus Titan bestehen. 17. Verbindung (70; 140) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Fügen Schweißen oder Löten umfasst. 18. Verbindung (70; 140) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Urformverfahren Gießen umfasst. 19. Verbindung (70; 140) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (72; 148) eine Metallschale und das Laminatbauteil (74) eine CFK- Sandwichplatte (140) ist. 20. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung (70) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Laminat (78) mittels einer, vorzugsweise modifizierten, Tapelegeeinrichtung hergestellt wird. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 124, 136, 138) des Metall-Laminats (78) vor der Herstellung mittels einer Tapelegeeinrichtung mit einer Klebeschicht oder gleichzeitig mit der Herstellung mit einem Klebefilm versehen werden. |
„Verbindungen zwischen einem monolithischen Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil sowie Verfahren zur Herstellung derselben"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einem monolithischen Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Die klassische, heute überwiegend eingesetzte Aluminium-CFK (kohlenfaserverstärkter Kunststoffj-Fügeverbindung ist die Niet- und Bolzenverbindung. Aus Gründen des Korrosionsschutzes ist ein CFK-Laminat in einem ergänzenden Fertigungsschritt mit einer Trennlage aus Glasfaser zu versehen. Vorteile einer Nietverbindung bestehen in dem hohen Maß an Erfahrung und in der Automatisierbarkeit bei der Montage. Unter dem Gesichtspunkt der Materialausnutzung stellt jedoch eine Nietverbindung eine für Faserverbundwerkstoffe ungeeignete Verbundmethode dar. Zum einen werden in einer Bohrung für eine Niete die zu übertragenden Elemente, d. h. die Fasern, unterbrochen. Außerdem ergeben sich mit steigendem Anisotropiegrad (Ell/EX) sehr hohe Kerbspannungen. Zur Kompensation werden Anpassungen in der Lagenausrichtung sowie zusätzliche Verstärkungslagen notwendig, um mit einem dann quasiisotropen Aufbau die Kerbspannungshöhe zu reduzieren.
Nachteilig ist weiterhin bei der Nietverbindung, dass das dazu notwendige Bohren in CFK wegen der heterogenen Werkstoffstruktur einen erheblichen Werkzeugverschleiß mit sich bringt. Aufgrund der erforderlichen Toleranzen bei der Herstellung der Nietverbindung müssen nämlich oft beide Fügepartner in einem einzigen Arbeitsgang durchbohrt werden. Speziell für Werkstoffverbindungen, wie CFK mit zum Beispiel hochfesten Stählen, gibt es jedoch keinen geeigneten Verschleißschutz für Bohrwerkzeuge, der beiden Werkstoffen gerecht wird.
Als Alternative oder Ergänzung zur Nietverbindung von Faserverbundstrukturen hat sich die Klebetechnik etabliert. Anwendungsbeispiele finden sich unter anderem im Bereich des Schienenfahrzeugbaus, der Automobilindustrie, des Schiffbaus und dem Bau von Windkraftanlagen. Während die Analyse von Scher- und Peel-Spannungen in Klebeverbindungen erforscht ist, kann sich das Kleben in Luftfahrtanwendungen jedoch wegen der fehlenden Möglichkeit einer nicht-zerstörenden Prüfung nur unter Einschränkungen durchsetzen. Das Kleben von Strukturteilen ist wegen der erforderlichen Fläche der Fügepartner zudem im wesentlichen eingeschränkt auf schalenförmige Geometrien und führt zu großen Fügezonen.
Sowohl bei der Niet- bzw. Bolzenverbindung als auch bei der Klebeverbindung erfolgt ein Fügen von überlappenden Werkstoffen. Dies weist den Nachteil einer recht hohen Bauhöhe auf.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen einem mono- lihischen Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil bereitzustellen, die eine geringere Bauhöhe bei ähnlichen oder sogar verbesserten mechanischen Eigenschaften aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verbindung zwischen einem monolithischen Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil, umfassend: eine erste Zone, in der Metalldrähte oder ein Metallgitter oder ein Lochblech durch thermisches Fügen oder durch ein Urformverfahren an eine Stirnfläche des Metallbauteils parallel zu selbiger gebunden sind/ist, eine zweite Zone mit einer Lammatschichtstruktur, in der Lagen des Laminatbauteils, die sich aus einer Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, mit Fasern abwechselnd geschichtet sind, wobei die Fasem an einem Ende Schlaufen aufweisen, die an den Metalldrähten oder an dem Metallgitter oder an dem Lochblech befestigt sind, und eine Übergangszone mit einer Laminatschichtstruktur, in der die Lagen des Laminatbauteils, die sich aus der Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, mit freien Enden der Fasern der zweiten Zone, einen Übergang bildend, abwechselnd geschichtet sind.
Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung eine Verbindung zwischen einem monolithischen Metallbauteil mit einer Stirnfläche und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil mit einer Stirnfläche, die der Stirnfläche des Metallbauteils zugewandt ist, umfassend:
eine erste Zone, in der an der Stirnfläche des Metallbauteils Metalldrähte oder ein Metallgitter oder ein Lochblech durch thermisches Fügen oder durch ein Urformverfahren an eine Stirnfläche des Metallbauteils parallel zu selbiger gebunden sind/ist,
eine in Richtung zur Stirnfläche des Laminatbauteils darauffolgende zweite Zone mit Fasern, die an einem Ende Schlaufen aufweisen, die an den Metalldrähten oder an dem Metallgitter oder an dem Lochblech der ersten Zone befestigt sind, und mit Lagen des Laminatbauteils, die sich aus der Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, in einer Laminatschichtstruktur abwechselnd geschichtet sowie über eine Matrix verbunden sind, und
eine in Richtung zur Stirnfläche des Laminatbauteils darauffolgende Übergangszone, in der die freien Enden der Fasern der zweiten Zone in einer Laminatschichtstruktur auslaufen, in der die Lagen des Laminatbauteils, die sich aus der Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, mit den freien Enden abwechselnd geschichtet und über eine Matrix verbunden sind, und so einen Übergang zum endlos faserverstärkten Laminatbauteil bilden. - A -
Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung eine Verbindung zwischen einem monolithischen Metallbauteil mit einer Stirnfläche und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil mit einer Stirnfläche, die der Stirnfläche des Metallbauteils zugewandt ist, umfassend: eine erste Zone, in der an der Stirnfläche des Metallbauteils Metalldrähte oder ein Metallgitter oder ein Lochblech durch thermisches Fügen oder durch ein Urformverfahren an eine Stirnfläche des Metallbauteils parallel zu selbiger gebunden sind/ist, eine in Richtung zur Stirnfläche des Laminatbauteils darauffolgende zweite Zone mit Fasern, die an einem Ende Schlaufen aufweisen, die an den Metalldrähten oder an dem Metallgitter oder an dem Lochblech der ersten Zone befestigt sind, und mit Lagen des Laminatbauteils, die sich aus der Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, in einer Laminatschichtstruktur abwechselnd geschichtet sowie über eine Matrix verbunden sind, und eine in Richtung zur Stirnfläche des Laminatbauteils darauffolgende Übergangszone, in der die freien Enden der Fasern der zweiten Zone in einer aminatschichtstruktur auslaufen, in der die Lagen des Laminatbauteils, die sich aus der Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, mit den freien Enden abwechselnd geschichtet und über eine Matrix verbunden sind, und so einen Übergang zum endlos faserverstärkten Laminatbauteil bilden.
Das Laminatbauteil kann ein CFK-Bauteil sein.
Das monolithische Metallbauteil kann aus Aluminium sein.
Günstigerweise umfasst das thermische Fügen Schweißen oder Löten.
Das Urformverformen umfasst wiederum günstigerweise Gießen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Fasern Kohlenstofffasem. Vorteilhafterweise bestehen/besteht die Metalldrähte, das Metallgitter oder das Lochblech aus Titan.
Zweckmäßigerweise sind/ist die Metalldrähte oder das Metallgitter oder das Lochblech so geformt, dass die Fasern nicht mit dem Metallbauteil in Kontakt stehen. Dadurch kann eine Korrosion des Metalls vermieden werden.
Gemäß einer besonderen Ausfϊihrungsform der Erfindung ist das Metallbauteil eine Metallschale und das Laminatbauteil eine CFK-Sandwichplatte.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verbindung zwischen einem monolithischen Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil, umfassend: eine Zone, in der ein Metall-Laminat stirnflächig durch thermisches Fügen oder ein Urformverfahren an eine Stirnfläche des Metallbauteils gebunden ist, und eine Übergangszone mit einer Metall-Faser- Laminatschichtstruktur, in der Lagen des Laminatbauteils, die sich aus- einer Stirnfläche des Laminatbauteils heraus erstrecken, mit Enden der Metallschichten des Metall-Laminats, einen Übergang bildend, abwechselnd geschichtet sind.
Dabei kann das Laminatbauteil ein CFK-Bauteil sein.
Weiterhin kann das monolithische Metallbauteil aus Aluminium sein.
Gemäß einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung bestehen die Metallschichten des Metall-Laminats aus Metallfolien oder -blechen.
Günstigerweise bestehen die Metallfolien oder -bleche aus Titan. Vorteilhaflerweise umfasst das thermische Fügen Schweißen oder Löten.
Zweckmäßigerweise umfasst das Urformverfahren Gießen.
Gemäß einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung ist das Metallbauteil eine Metallschale und das Laminatbauteil eine CFK-Sandwichplatte.
Desweiteren liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschlaufen mittels eines textilen Herstellverfahrens, vorzugsweise ein Tailored-Fibre- Placement- Verfahren, hergestellt werden.
Besonders bevorzugt wird die zweite Zone gleichzeitig mit einem Kunststoff- Injektionsprozess für die Herstellung des Laminatbauteils mit einer Matrix durchtränkt.
Schließlich liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Laminat mittels einer, vorzugsweise modifizierten, Tapelegeeinrichtung hergestellt wird.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Metallschichten das Metall-Laminat vor der Herstellung mittels einer Tapelegeeinrichtung mit einer Klebeschicht oder gleichzeitig mit der Herstellung mit einem Klebefilm versehen werden.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch Vorsehen von lasttragenden eingebundenen Faserelementen bzw. durch integrierte Metallschichten, die wiederum mit einem krafttragenden Metallverbund verknüpft sind, ein stirnflächiges Fügen von einem monolithischem Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil ermoglicht wird, wodurch wiederum die Bauhöhe reduziert werden kann. Die vorliegende Erfindung liefert integrale Werkstoffverbindungen für Faserverbundwerkstoffe mit Metallen, die durch einen geringen Bauraum, geringes Gewicht und das Unterbinden von Korrosion des Metalls beim Einsatz von Kohlenstofffasern gekennzeichnet sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Draufsicht (links) und eine Längsschnittansicht (rechts) von einer
Verbindung zwischen einem monolithischem Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine Draufsicht (links) und eine Längsschnittansicht (rechts) von einer
Verbindung zwischen einem monolithischem Metallbauteil und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 3 eine Längsschnittansicht von einer Verbindung zwischen einer CFK-
Sandwichplatte und einem Metallbauteil.
Figur 1 zeigt eine Verbindung 10 zwischen einen monolithischem Metallbauteil 12 aus Aluminium und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil 14, das in Form eines CFK- Bauteils vorliegt. Die Verbindung 10 umfasst eine erste Zone 16, in der ein Metallgitter 18 durch Schweißen an eine Stirnfläche 20 des Metallbauteils 12 parallel zur Stirnfläche gebunden ist, eine zweite Zone 22 mit einer Laminatschichtstruktur, in der Lagen 24, 26, 28, 30, 32 und 33 des Laminatbauteils 14, die sich aus einer Stirnfläche 34 des Laminatbauteils 14, die sich aus einer Stirnfläche 34 des Laminatbauteils 14 heraus erstrecken, mit Fasern 36, 38, 40, 42 und 44 abwechselnd geschichtet sind, wobei die Fasern 36, 38, 40, 42 und 44 an einem Ende Schlaufen (Faserschlaufen) 46, 48, 50, 52 und 54 aufweisen, die an dem Metallgitter 18 befestigt sind, und eine Übergangszone 56 mit einer Laminatschichtstruktur, in der die Lagen 24, 26, 28, 30 und 32 des Laminatbauteils 14, die sich aus der Stirnfläche 34 des Laminatbauteils heraus erstrecken, mit freien Enden 58, 60, 62, 64 und 66 der Fasern 36, 38, 40, 42 und 44 der zweiten Zone 22, einen Übergang bildend, abwechselnd geschichtet sind. Einen Übergang bildend soll in diesem Fall bedeuten, dass sich ein Teil der freien Enden, nämlich die freien Enden 60 und 64 nicht bis zur Stirnfläche 34 des Laminatbauteils 14 erstrecken, sondern diese schon vorher von Lagen 27 und 31 abgelöst werden.
Bei den Fasern 36 bis 44 handelt es sich um Kohlenstofffasern. Darüberhinaus ist das Metallgitter 18 so geformt, dass die Fasern 36, 38, 40, 42 und 44 nicht mit dem Metallbauteil 12 in Kontakt stehen.
Die Faserschlaufen 46, 48, 50, 52 und 54 übergeben die für die Verbindung 10 zu übertragenden Kräfte auf das Metallgitter 18. Dies kann beispielsweise aus Titan bestehen. Darüberhinaus lassen sich die Faserschlaufen 46 bis 54 mit einem textilen Herstellverfahren, wie zum Beispiel dem Tailored-Fibre-Placement- Verfahren, herstellen. Sie stellen auf kleinem Raum vervielfachte formschlüssige Verbindungen mit dem Metallgitter 18 her. Dieser Fügebereich kann zeitgleich mit einem Kunststoff-Injektionsprozess für das übrige Laminatbauteil 14 aus CFK mit einer Matrix durchtränkt werden und kann somit auch Druckkräfte übertragen.
Der Querschnitt der Faserschlaufen 46, 48, 50, 52 und 54 kann an das Verformungsverhalten der Faserbündel angepasst werden, um das Werkstoffpotential voll auszunutzen. Je nach Anforderung können anstelle des Metallgitters 18 auch Lochbleche, einzelne Drähte, Metallschlaufen oder -Ösen verwendet werden. Alternativ zu den dargestellten Faserschlaufen 46 bis 54 sind textiltechnische Maschen oder auch andere textiltechnische Bindungen möglich.
Konstruktiv kann über die Abstimmung der einzelnen Elemente und ihrer Geometrien die Verbindung so dimensioniert werden, dass im Hinblick auf den Leichtbau eine lokale Überdimensionierung vermieden wird. Die Versagungsart und der Versagungsursprung können eingestellt und sicher ausgelegt werden.
Mit der vorangehend beschriebenen Verbindung (Fügeverbindung) können sehr hohe Lasten übertragen werden. Sie ist bezüglich Bauraum, Gewicht, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit bestehenden Lösungen im Leichtbau überlegen. Gegenüber einer Klebeverbindung ist der Bauraum deutlich reduziert, da die erforderlichen Kontaktflächen relativ klein sind.
Durch den gezielten Einsatz unterschiedlicher Metalle in den verschiedenen Zonen kann eine Korrosion zwischen CFK und zum Beispiel Aluminium vermieden werden.
Die zweite Zone 22 kann mittels textiltechnischer Verfahren gefertigt und somit sehr schnell und wirtschaftlich umgesetzt werden. Damit ist die erfindungsgemäße Verbindung heutigen Verbindungen für Laminate deutlich überlegen und eignet sie sich auch für neue Anwendungen, wie zum Beispiel CFK-Komponenten im Automobilbau. Ebenfalls ermöglicht diese Verbindung das stirnseitige Fügen von zum Beispiel CFK-Sandwichplatten mit Metallschalen. Dies ist in Figur 3 schematisch dargestellt.
In Figur 2 ist eine Verbindung 70 zwischen einem monolithischem Metallbauteil 72 und einem endlos faserverstärkten Laminatbauteil 74 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Metallbauteil 72 besteht aus Aluminium und das Laminatbauteil 74 ist ein CFK-Bauteil. Die Verbindung 70 umfasst eine Zone 76, in der ein Metall-Laminat 78 stirnflächig durch Schweißen an eine Stirnfläche 80 des Metallbauteils 72 gebunden ist, und eine Übergangszone 82 mit einer Metall-Faser-Laminatschichtstruktur, in der Lagen 84, 86, 88, 90 und 92 des Laminatbauteils 74, die sich aus einer Stirnfläche 94 des Laminatbauteils 74 heraus erstrecken, mit Enden 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 der Metallschichten 118, 12, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136 und 138 des Metall-Laminats 78, einen Übergang bildend, abwechselnd geschichtet sind. Die Metallschichten 118 bis 138 bestehen aus Metallfolien aus Titan. Li der Übergangszone 82 übergibt das endlos faserverstärkte Laminatbauteil 74 aus CFK Anteile der Last auf die Metallfolien. Außerdem laufen die Lagen 84 bis 92 aus und werden schichtweise durch weitere Metallfolien ersetzt. Die mechanischen Lasten können so kontinuierlich von einem Werkstoff zu einem anderen übergehen. In der Zone 76 sind alle Lagen 84 bis 92 durch Metallfolien ersetzt und bilden hier ein Metall-Kunststoff-Laminat. Außerdem übergeben in besagter Zone 76 die Metallfolien die für die Verbindung zu übertragenden Kräfte auf das Metallbauteil 72. Die Fügefläche erstreckt sich nahezu über den gesamten Querschnitt der Zone 76. Das Metall-Laminat 78 kann mit modifizierten Tapelegern automatisiert abgelegt werden, wie sie in der CFK-Fertigung bei der Prepreg-Technologie eingesetzt werden. Hierfür werden entweder die eingesetzten Metallfolien zuvor mit einer Klebeschicht versehen oder es wird parallel beim Laminierprozess ein Klebefilm aufgetragen. Über das schichtweise Auslaufen der Metallschichten bzw. Metallfolien in der Übergangszone 82 kann eine große Anbindungsfläche des Laminatbauteils 74 an das Metallbauteil 72 erreicht werden. Über den großen Übergangsbereich können Spannungsspitzen vermieden werden, wie sie sonst bei Werkstoffübergängen häufig auftreten.
Konstruktiv kann über eine Abstimmung der einzelnen Elemente und ihrer Geometrien eine Verbindung so dimensioniert werden, dass im Hinblick auf den Leichtbau eine lokale Überdimensionierung vermieden wird. Die Versagensart und der Versagensursprung können eingestellt und sicher ausgelegt werden.
Ein stirnflächiges Fügen mit metallischen Fügepartnern ist konstruktiv hilfreich (zentrische Lasteinleitung, geringer Bauraum, aerodynamische Flächen). Durch Tapelegeeinrichtungen lässt sich die Verbindung schnell und wirtschaftlich herstellen. Damit ist die Verbindung heutigen Verbindungen für Laminat deutlich überlegen und eignet sich auch für neue Anwendungen wie zum Beispiel CFK-Komponenten im Automobilbau. Integration von Faserverbundlaminaten in bestehenden Metallstrukturen wird deutlich vereinfacht.
Figur 3 zeigt diesbezüglich schematisch eine erfindungsgemäße Verbindung 160 zwischen einer CFK-Sandwichplatte 140 aus zwei CFK-Schichten 142 und 144, zwischen denen ein Schaumkern 146 sandwichartig angeordnet ist, und einem Metallbauteil 148 aus Aluminium, die so gestaltet ist wie die in Figur 2 gezeigte Verbindung. Die Sandwichplatte 140 weist lediglich - anders als das Laminatbauteil 74 aus CFK in Figur 2 - keine plane Stirnfläche, sondern eine konisch zulaufende Stirnfläche 150 auf.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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