FURFARI, Domenico (Holtbarg 16a, Hamburg, 22589, DE)
PACCHIONE, Marco (Parkstrasse 22c, Hamburg, 22605, DE)
FURFARI, Domenico (Holtbarg 16a, Hamburg, 22589, DE)
| P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils (2) an ein Strukturbauteil (3) eines Luft- und Raumfahrzeuges, mit den Schritten: Bereitstellen einer Metallfolie (4) als Querverstär- kungselement zwischen dem Faserverbundbauteil (2) und dem Strukturbauteil (3); Ausbilden der Metallfolie (4) mit mindestens einem Verankerungsabschnitt (7) , welcher von der dem Faserverbundbauteil (2) zugewandten Oberfläche (9) vorsteht; und Einfügen der Metallfolie (4) zwischen das Faserverbundbauteil (2) und dem Strukturbauteil (3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Metallfolie (4) mit dem Faserverbundbauteil (2) durch Aushärten desselben verbunden wird, wenn das Faserverbundbauteil (2) ungehärtet oder teilgehärtet ist, wobei sich der mindestens eine Verankerungsabschnitt (7, 8) in das Faserverbundbauteil (2) hinein erstreckt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Metallfolie (4) mit dem Faserverbundbauteil (2) durch eine erste Klebeschicht (5) mit demselben verbunden wird, wenn das Faserverbundbauteil (2) gehärtet ist, wobei sich der mindestens eine Verankerungsabschnitt (7) in die erste Klebeschicht (5) hinein erstreckt. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet , dass die Metallfolie (4) mit dem Strukturbauteil (3) über eine zweite Klebeschicht (6) verbunden wird, wenn das Strukturbauteil (3) ein metallisches Teil ist oder eine gehärtete Faserverbundstruktur aufweist . Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennz ei chnet , dass die Metallfolie (4) mit einem weiteren Verankerungsabschnitt (8), welcher von der dem Strukturbauteil (2) zugewandten Oberfläche (10) vorsteht und sich in die zweite Klebeschicht (5) hinein erstreckt, an dem Strukturbauteil (3) angebunden wird. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz ei chne t , dass das Verfahren folgende zusätzliche Verfahrensschritte aufweist, falls das Strukturbauteil (3) ei ne ungehärtete oder teilgehärtete Faserverbundstruk tur aufweist: Ausbilden der Metallfolie (4) mit einem weiteren Verankerungsabschnitt (8), welcher von der dem Strukturbauteil (3) zugewandten Oberfläche (9) vorsteht; und Verbinden des weiteren Verankerungsabschnitts (8) mit dem Strukturbauteil (3) durch Aushärten desselben, wobei sich der weitere Verankerungsabschnitt (8) in das Strukturbauteil (3) hinein erstreckt. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet , dass das Verfahren folgende zusätzlichen Verfahrensschritte aufweist, falls das Faserverbundbauteil (2) und das Strukturbauteil (3) jeweils aus einem ther¬ moplastischen Laminat bestehen: Ausbilden der Metallfolie (4) mit mindestens einem weiteren Verankerungsabschnitt (8) , welcher von der dem Strukturbauteil (3) zugewandten Oberfläche (9) vorsteht; und Verschweißen des Faserverbundbauteils (2) mit dem Strukturbauteil (3) nach Einfügen der Metallfolie (4), wobei sich die Verankerungsabschnitte (7, 8) in das jeweils zugehörige Bauteil (2, 3) erstrecken. 8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennz ei chnet , dass bei dem Schweißvorgang die Metallfolie (4) zum Einkoppeln von Wärme, beispielsweise durch Induktion, zumindest teilweise verwendet wird. 9. Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils (2) an ein Strukturbauteil (3) eines Luft- und Raumfahrzeuges, mit den Schritten: Bereitstellen einer Metallfolie (4) als Querverstär- kungselement in einem Verbindungsabschnitt (1) des Faserverbundbauteils (2) und des Strukturbauteils (3) ; Ausbilden der Metallfolie (4) mit mindestens einem Verankerungsabschnitt (7) , welcher von einer Ober¬ fläche (9) der Metallfolie (4) vorsteht; und Anordnen der Metallfolie (4) auf einer Außenseite des Verbindungsabschnitts (1) , wobei sich der min¬ destens eine Verankerungsabschnitt (7) durch das Fa¬ serverbundbauteil (2) vollständig hindurch erstreckt und sich in das Strukturbauteil (3) hinein erstreckt oder durch das Strukturbauteil (3) vollständig hin- durch erstreckt und sich in das Faserverbundbauteil (2) hinein erstreckt. 10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An- Sprüche , dadurch gekennz ei chnet , dass das Ausbilden der Metallfolie (4) mit mindestens einem Verankerungsabschnitt (7, 8) durch Stanzbiegeverfahren, Hochgeschwindigkeits-Metal1zerspanen, Elektronenstrahlbearbeiten, Additiv-Schichten- Herstellverfahren und/oder Anschweißen von Verankerungselementen ( 11 ) und/oder Verankerungspins ( 12 ) erfolgt . 11. Anordnung mit einem Faserverbundbauteil (3) und einem Strukturbauteil (2) eines Luft- und Raumfahrzeuges, bei welcher eine Metallfolie (4) in einem Verbindungsabschnitt (1) des Faserverbundbauteils (3) und des Strukturbauteils (2) als Querverstärkungselement eingefügt ist, wobei die Metallfolie (4) mindestens einen Verankerungsabschnitt (7) aufweist, welcher von einer Oberfläche (9) der Metallfolie (4) vorsteht. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennz ei chnet , dass die Metallfolie (4) einen weiteren Verankerungsabschnitt (8) aufweist, welcher von der dem Strukturbauteil (3) zugewandten Oberfläche (10) der Metallfolie (4) vorsteht. 13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennz ei chnet , dass der mindestens eine Verankerungsabschnitt (7) und/oder der weitere Verankerungsabschnitt (8) als Stanzbiegeteil ausgebildet sind und Verankerungsele- mente (11) aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht oder in einem vorbestimmten Winkel zur jeweiligen Oberfläche (9, 10) der Metallfolie (4) angeordnet sind. 14. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Verankerungsabschnitt (7) bzw. weitere Verankerungsabschnitt (8) Verankerungspins (12) aufweisen, welche durch Elektronenstrahlbe- arbeitung und/oder Additiv- Schichten- Herstellverfahren hergestellt und/oder separat hergestellt und angeschweißt sind. 15. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass die Verankerungselemente (11) mit Widerhaken (13) und/oder Verzahnungen (14) versehen sind. |
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils an ein Strukturbauteil eines Luft- und Raumfahrzeuges und eine entsprechende Anordnung.
Obwohl auf beliebige Faserverbundbauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf Kohlefaser ¬ kunststoff (CFK) -Bauteile (auch als Faserverbundbauteile bezeichnet) , beispielsweise Strukturbauteile eines Flug ¬ zeugs, näher erläutert.
Es ist allgemein bekannt, CFK-Hautschalen mit CFK- Stringern, CFK-Spanten, metallischen Spanten und ähnli- chen Strukturbauteilen zu versteifen, um den hohen Belastungen im Flugzeugbereich bei möglichst geringem zusätz ¬ lichen Gewicht standzuhalten. Die Verwendung von Faser ¬ verbundbauteilen ist im Flugzeugbau zum Beispiel für Hautfelder und deren Versteifungen durch Stringer weit verbreitet. Sie werden zum Beispiel durch Prepregtechno- logie, Thermosetverfahren und/oder Vakuuminfusionsverfahren zum Einbringen einer Matrix, beispielsweise eines Epoxidharzes, in Faserhalbzeuge und nachfolgendem Härten hergestellt . Ein Faserverbundbauteil ist zum Beispiel aus Faserhalbzeugen aufgebaut. Unter Faserhalbzeugen sind Gewebe, Gelege und Fasermatten zu verstehen. Strukturelle Füge- bzw. Verbindungsstellen, welche eine bestimmte Schadenstoleranz aufweisen, sind mit Metallfolien zwischen Stoßflächen versehen, wobei eine Querverstärkung (durch Dicke) hinzugefügt wird. Verbundlaminate sind anfällig für Schäden, die in einer
Ebene entstehen, wie zum Beispiel Delamination. Es wurden verschiedene Verbundtechnologien entwickelt, um die Eigenschaften in Querrichtung zu verbessern, wie beispielsweise Z-Pinning, Heften, Tuften.
Fig. la-c zeigen schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung von Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils 2 an ein Strukturbauteil 3 nach dem Stand der Technik. In Fig. la wird ein Verbindungsabschnitt 1 zwischen dem Faserverbundbauteil 2 und dem Strukturbauteil 3 durch Einfügen einer ersten Klebeschicht 5, z.B. eine Klebefolie, Thermoplast oder Duroplast, verbunden. In z-Richtung können Querverstärkungen eingesetzt sein. Hierzu gibt Fig. lb so genannte Z-Pins 16 als Beispiel an. Die Z-Pins können z.B. aus Metall oder Verbundwerkstoff sein. In Fig. lc kann diese Anordnung eine Hybrid- Kombination aus CFK-Bauteil 2 und Strukturbauteil 3 aus Metall sein, wobei die erste Klebeschicht wie oben beschrieben ausgebildet ist. Eine x-Richtung verläuft in Längsrichtung der Fasern, wobei die z-Richtung senkrecht dazu steht. Eine y-Richtung erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene und in der Breite der Bauteile.
Es gibt auch Beispiele von Hybridteilen (CFK/Metall) , welche mechanische Verbindungen zwischen den metallischen Teilen und Verbundwerkstoffteilen durch Verwendung von integrierten bzw. eingebetteten Merkmalen benutzen, um zusätzliche Stärke und Schadenstoleranz aufgrund einer metallischen Festsetzung des metallischen Teils in der Laminatstruktur zu erreichen.
TWI (The Welding Institute) gibt ein Verfahren an, das es dem Hersteller ermöglicht, ein Array von kleinen Anordnungen in das Laminat eindringen zu lassen, wodurch eine gemeinsam gehärtete (co-cured) mechanische Verbindung entsteht. Zur Bildung dieser Anordnungen wird jedoch Material selektiv aus der Oberfläche benutzt, wobei die Oberfläche dadurch beeinträchtigt werden kann. Das Profil der Anordnungen ist nicht leicht zu steuern, und die Oberfläche ist relativ rau, was eine Dauerstandfestigkeit des ursprünglichen Teils beeinträchtigen kann.
Bei dem so genannten Additive Layer Manufacturing kann die Geometrie dieser Anordnungen besser beherrscht werden.
Weiterhin gibt es eine reproduzierbare Verbindungsanord- nung von metallischen, speziell perforierten Folien, die im Automobilbereich eingesetzt wird. Ein weiteres Beispiel zur Illustration gibt das Dokument EP 1 801 427 AI, welches eine lokale metallische Verstärkung von Hochlastverbindungen von Verbundbauteilen beschreibt . Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils an ein Strukturbauteil anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Anordnung bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst .
Demgemäß wird bei einem Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils an ein Strukturbauteil eines Luft- und Raumfahrzeuges eine Metallfolie als Querverstärkungsele- ment zwischen dem Faserverbundbauteil und dem Struktur- bauteil vorgesehen. Die Metallfolie wird mit mindestens einem Verankerungsabschnitt ausgebildet, welcher von der dem Faserverbundbauteil zugewandten Oberfläche vorsteht. Dann wird die Metallfolie zwischen das Faserverbundbauteil und dem Strukturbauteil eingefügt.
In einem alternativen Verfahren ist vorgesehen, dass die bereitgestellte Metallfolie als Querverstärkungselement in einem Verbindungsabschnitt des Faserverbundbauteils und des Strukturbauteils vorgesehen ist. Sie wird mit mindestens einem Verankerungsabschnitt ausgebildet, welcher von einer Oberfläche der Metallfolie vorsteht. Dann wird die Metallfolie auf einer Außenseite des Verbindungsabschnitts angeordnet, wobei sich der mindestens eine Verankerungsabschnitt durch das Faserverbundbauteil vollständig hindurch erstreckt und sich in das Strukturbauteil hinein erstreckt oder durch das Strukturbauteil vollständig hindurch erstreckt und sich in das Faserverbundbauteil hinein erstreckt. Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein Faserverbundbauteil und ein Strukturbauteil eines Luft- und Raumfahrzeuges, bei welcher eine Metallfolie in einem Verbindungsabschnitt des Faserverbundbauteils und des Strukturbauteils als Querverstärkungselement eingefügt ist. Die Metallfolie weist mindestens einen Verankerungsabschnitt auf, welcher von einer Oberfläche der Metallfolie vorsteht .
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den ein- gangs genannten Ansätzen den Vorteil auf, dass eine Schadenstoleranz einer Verbindung eines Faserverbundbauteils mit einem Strukturbauteil erhöht ist, indem eine Delami- nation in der Ebene des Faserverbundbauteils vermieden oder in ihrer Ausbreitung begrenzt wird.
Derartige Delaminationen können bei verbundenen Verbundbauteilen/Hybridverbindungen als Folge zufälliger Schäden, wie beispielsweise Herstellungsfehler, ungeeignete Oberflächenvorbereitung, Aufprall mit geringer Energie, hohe Schälkräfte, auftreten.
Weiterhin besteht ein bedeutender Vorteil darin, dass die Metallfolie ein kostengünstiges Bauteil mit geringem Eigengewicht ist.
Außerdem schränkt die Verwendung dieser Metallfolien die Anzahl von Befestigungselementen ein, welche für eine Schadenstoleranzvorschrift erforderlich sind (z.B. "Chicken Fasteners") .
Ein noch weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit dazu dient, Befestigungselemente zu reduzieren, welche für einen Blitzschutz eingesetzt werden.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, eine Metall- folie mit zumindest einem Verankerungsabschnitt in einem Verbindungsabschnitt der Bauteile einer Anbindung eines Faserverbundbauteils an einem Strukturbauteil zu verankern.
CFK-Strukturen weisen gut bekannte Begrenzungen hinsicht- lieh ihrer Eigenschaften in Schadenstoleranz auf. Die Einfügung einer Metallfolie mit Verankerungsabschnitten, welche dazu geeignet sind, die Verbundlaminate zwischen Stoßflächen von Verbund- (oder Hybrid-) Verbindungen zu verankern, schaffen eine Querverstärkung (durch Dicke) , wobei die Schadenstoleranzeigenschaften der Verbindung verbessert werden.
Die Erfindung ist vielseitig anwendbar. Zum Beispiel kann sie in den folgenden Kombinationen von Faserverbundbau- teil und Strukturbauteil zum Einsatz kommen:
Hybridkombination aus CFK und Metall
Thermisch härtbarer Verbundwerkstoff (nass)
und Metall
- Verbindung von nassem (ungehärtet oder teilgehärtet) thermisch härtbarem Laminat mit thermisch gehärtetem Laminat
Sekundärverbindungen von thermisch härtbaren Laminaten
- Thermoplastisches Verschweißen von Verbundlaminaten
In dem Fall, wenn das Faserverbundbauteil ungehärtet oder teilgehärtet ist, wird die Metallfolie mit dem Faserverbundbauteil durch Aushärten desselben verbunden, wobei sich der mindestens eine Verankerungsabschnitt in das Faserverbundbauteil hinein erstreckt.
Ist das Faserverbundbauteil gehärtet, kann die Metallfolie mit dem Faserverbundbauteil durch eine erste Klebe- schicht mit derselben verbunden werden, wobei sich der mindestens eine Verankerungsabschnitt in die erste Klebeschicht hinein erstreckt.
In einem weiteren Fall, wenn das Strukturbauteil ein me- tallisches Teil ist oder eine gehärtete Faserverbundstruktur aufweist, kann die Metallfolie mit dem Strukturbauteil über eine zweite Klebeschicht verbunden werden.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die Metallfolie mit einem weiteren Verankerungsabschnitt, welcher von der dem Strukturbauteil zugewandten Oberfläche vorsteht und sich in die zweite Klebeschicht hinein erstreckt, an dem Strukturbauteil angebunden wird. Die Verankerungsabschnitte, welche aus der Ebene der Metallfolie hervorstehen, dringen in das Faserverbundbauteil ein, wenn es ungehärtet oder teilgehärtet ist, oder dringen in die Klebeschicht ein. Hierbei bilden sie eine Verstärkung in z-Richtung, d.h. in einer Richtung, die aus der Ebene der Metallfolie hervorsteht, z.B. senkrecht oder in einem vorbestimmten Winkel . Dadurch kann eine De- lamination in der Ebene eines Faserverbundbauteils ver ¬ mieden oder angehalten werden. Wenn das Strukturbauteil eine ungehärtete oder teilgehärtete Faserverbundstruktur aufweist, wird die Metallfolie mit einem weiteren Verankerungsabschnitt ausgebildet, welcher von der dem Strukturbauteil zugewandten Oberfläche vorsteht, d.h. die Metallfolie weist dann auf jeder Seite vorstehende Verankerungsabschnitte auf. Dann wird der weitere Verankerungsabschnitt mit dem Strukturbauteil durch Aushärten desselben verbunden, wobei sich der weitere Verankerungsabschnitt in das Strukturbauteil hinein erstreckt . Es ist dabei auch möglich, dass die Metallfolie zunächst nur mit einem Verankerungsabschnitt mit dem Strukturbauteil durch Härten verbunden wird und danach an dem Faserverbundbauteil durch weiteres Härten angebunden wird. Na- türlich ist auch ein gemeinsames Härten durchführbar.
In einem weiteren Fall, wenn das Faserverbundbauteil und das Strukturbauteil jeweils aus einem thermoplastischen Laminat bestehen, wird die Metallfolie mit mindestens ei- nem weiteren Verankerungsabschnitt ausgebildet, welcher von der dem Strukturbauteil zugewandten Oberfläche vorsteht, so dass auf jeder Seite der Metallfolie ein Verankerungsabschnitt hervorsteht. Das Faserverbundbauteil kann nun nach Einfügen der Metallfolie mit dem Struktur- bauteil verschweißt werden. Dabei erstrecken sich die
Verankerungsabschnitte in das jeweils zugehörige Bauteil.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn bei dem Schweißvorgang die Metallfolie zur Einführung von Wärme, bei- spielsweise durch Induktion, zumindest teilweise verwendet wird.
Das Ausbilden der Metallfolie mit den Verankerungsabschnitten kann zum Beispiel durch Stanzbiegeverfahren, Hochgeschwindigkeits-Metallzerspanen, Elektronenstrahlbe- arbeiten, Additiv-Schichten-Herstellverfahren, und/oder dergleichen durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer schnellen und kostengünstigen Herstellung durch bekannte Verfahren. Die Gestalt der Verankerungsab- schnitte kann unterschiedlich in Abhängigkeit von der verwendeten Technologie sein.
So kann der mindestens eine Verankerungsabschnitt
und/oder der weitere Verankerungsabschnitt als Stanzbie- geteil ausgebildet sein und Verankerungselemente aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht oder in einem vorbe- stimmten Winkel zur jeweiligen Oberfläche der Metallfolie angeordnet sind. Dabei sind die Verankerungsabschnitte einstückig mit der Metallfolie ausgebildet Der mindestens eine Verankerungsabschnitt und/oder der weitere Verankerungsabschnitt können Verankerungspins aufweisen, welche durch Elektronenstrahlbearbeitung, Additiv- Schichten-Herstellverfahren (auch als Additiv- Layer-Manufacturing bezeichnet) , und/oder dergleichen hergestellt sind. Die Verankerungspins können auch separat hergestellt und dann an der Metallfolie angeschweißt werden .
Die Verankerungselemente und/oder Verankerungspins können zum Beispiel auch mit Widerhaken, Verzahnungen, Spitzen und/oder dergleichen versehen sein.
Die Metallfolie kann zum Beispiel ein Titanmaterial oder einen Stahl- bzw. Edelstahlwerkstoff aufweisen. Der Me- tallfolienwerkstoff muss gegen die Werkstoffe der Anordnung und deren Hilfsstoffe beständig sein.
Die Metallfolie kann vor dem Einsatz in der Anordnung einer entsprechenden Oberflächenbehandlung bzw. - Vorbereitung unterzogen werden, so dass eine optimale
Haftung zwischen dem Metallfolienwerkstoff und den Werkstoffen der Bauteile der Anordnung, z.B. Matrix, Fasern, Kleber, gewährleistet ist. Verbindungen, welche derzeit genietet werden, wie beispielsweise Längsverbindungen von Rumpfteilen, umlaufende Verbindungen, können durch Einsatz der Erfindung gebondet bzw. geklebt werden. Zusätzlich können hoch belastete Stellen (z.B. Stringerausläufe) von dieser lokalen Ver- Stärkung profitieren. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert . Von den Figuren zeigen:
Fig. la-c schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung von Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils an ein Strukturbauteil nach dem Stand der Technik;
Fig. 2-6 schematische Schnittdarstellungen erster bis fünfter Ausführungsbeispiele zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum An- binden eines Faserverbundbauteils an ein
Strukturbauteil ; schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten für das zweite Ausführungs beispiel nach Fig. 3 ; schematische, perspektivische Darstellungen erster bis dritter Ausführungsbeispiele von Verankerungsabschnitten; und schematische, perspektivische Darstellungen von Verankerungselementen und -pins .
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Koordinaten x, y, z erleichtern eine Orientierung
Fig. la-c sind bereits in der Beschreibungseinleitung er- läutert worden. Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anbinden eines Faserverbundbauteils 2 an ein Strukturbauteil 3. Hierbei kann das Fa- serverbundbauteil ein Prepreg oder auch ein Fasergelege sein, das mit einer Matrix getränkt wird.
Eine Metallfolie 4 wird so ausgebildet, dass sie auf der Seite, die zu dem Faserverbundbauteil 2 weist, einen Ver- ankerungsabschnitt 7 erhält. Dies kann zum Beispiel durch Stanzbiegeverfahren, Hochgeschwindigkeits- Metallzerspanen, Elektronenstrahlbearbeiten, Additiv- Schichten-Herstellverfahren, und/oder dergleichen durchgeführt werden. Eine weitere Beschreibung erfolgt weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 8 bis 12. Das Faserverbundbauteil 2 ist in diesem Beispiel ungehärtet (oder teilgehärtet) , wobei das Strukturbauteil 3 ein Metallteil ist. Die Metallfolie 4 wird über eine Klebeschicht 6 mit dem Strukturbauteil 3 verbunden. Auf der anderen Seite dringt der Verankerungsabschnitt 7 in z-Richtung in das Faser- verbundbauteil 2 ein und wird mit diesem durch Härten des Faserverbundbauteils 2 verbunden. Auch eine gleichzeitige Durchführung von Verkleben und Härten kann ausgeführt werden .
Ein zweites Ausführungsbeispiel illustriert Fig. 3 in einer schematischen Schnittdarstellung. Hier sind sowohl das Faserverbundbauteil 2 als auch das Strukturbauteil 3 Faserverbundwerkstoffe. Es gibt hier zwei Möglichkeiten. Zunächst kann die Metallfolie 4, welche so ausgebildet ist, dass sie auf beiden Seiten Verankerungsabschnitte 7 und 8 aufweist, die aus der Ebene der Metallfolie (hier x-y-Ebene) in z-Richtung senkrecht oder in einem vorbestimmten Winkel vorstehen, mit dem Strukturbauteil 3 ver- bunden werden. Dabei erstreckt sich der zweite Verankerungsabschnitt 8, der auf der Seite der Metallfolie 4 vorsteht, welche dem Strukturbauteil 3 zugewandt ist, in das Strukturbauteil 3 hinein und wird mit diesem durch Härten des Strukturbauteils 3 verbunden. Dann wird die Verbindung des ersten Verankerungsabschnitts 7 mit dem Faserverbundbauteil 2 in gleicher Weise durchgeführt. Dies wird in unten in Fig. 7a-d näher erläutert. Die zweite Möglichkeit besteht darin, beide Verankerungsab- schnitte gleichzeitig durch gleichzeitiges Härten der Anordnung zu verbinden.
Sind in diesem Fall sowohl das Faserverbundbauteil 2 als auch das Strukturbauteil 3 bereits gehärtet, können sie gemäß der Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels, das Fig. 4 zeigt, mittels Klebeschichten 5 und 6 verbunden werden. Dazu wird die Metallfolie 4 mit zwei Verankerungsabschnitten 7 und 8 ausgebildet und wird zwischen die Bauteile 2 und 3 nach Aufbringung der Klebeschichten 5 und 6 auf die Stoßflächen, d.h. die sich gegenüberliegenden Seiten des Faserverbundbauteils 2 und des Strukturbauteils 3, eingefügt. Die Verankerungsabschnitte 7 und 8 erstrecken sich jeweils in die zugehörige Klebeschicht 5 und 6 und werden mit diesen unter Aushärten der Klebeschichten 5 und 6 verbunden. Die Klebeschicht 5 wird so auch mit dem Faserverbundbauteil 2 verbunden. Das gleiche erfolgt mit der Klebeschicht 6 und dem Strukturbauteil 3. Auf diese Weise ergibt sich eine Verbindung von Faserverbundbauteil 2 und Strukturbauteil 3.
Ein viertes Ausführungsbeispiel illustriert Fig. 5, bei welchem das Faserverbundbauteil 2 und das Strukturbauteil 3 thermoplastische Verbundwerkstoffe aufweisen. Die Metallfolie 4 wird mit zwei Verankerungsabschnitten 7 und 8 ausgebildet. Dann wird sie zwischen das Faserverbundbauteil 2 und dem Strukturbauteil 3 eingefügt. Der erste Verankerungsabschnitt 7 erstreckt sich in z-Richtung in das Faserverbundbauteil 2, wobei sich der zweite Verankerungsabschnitt 8 ebenfalls in z-Richtung in das Strukturbauteil 3 erstreckt. Nun wird eine Verschweißung der thermoplastischen Bauteile durchgeführt, die in z-
Richtung zusätzlich durch die Verankerungsabschnitte 7 und 8 in z-Richtung verstärkt werden.
Die Klebeschichten 5, 6 können z.B. als Klebefilm oder Klebepaste zum Einsatz kommen.
Weitere Ausführungen sind selbstverständlich möglich. Bei allen Ausführungen der Verbindung ist die gebondete bzw. geklebte oder geschweißte Verbindung permanent. Sie kann nur durch Zerstörung der Bondschichten (Klebeschicht oder geschweißte Schicht) und der Metallfolie 4 gelöst werden.
Eine weitere gemeinsame Eigenschaft der Ausführungen besteht darin, dass bei normalen Bedingungen bzw. bei nor- malern Betrieb die Lasten durch die Klebeschichten übertragen werden. Nur in dem Fall, in welchem ein lokaler Klebfehler und/oder Versagen auftritt, unterstützen die Metallfolien die Lastübertragung. Die Verankerungsabschnitte 7, 8 der Metallfolie 4 bilden eine Querverstär- kung der Verbindung im Verbindungsabschnitt 1 quer zur x- Richtung bzw. in einem Winkel, z.B. senkrecht zur x-y- Ebene .
In Fig. 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel illust- riert, bei welchem die Metallfolie 4 mit einem Verankerungsabschnitt 7 ausgebildet ist und auf einer Außenseite des Verbindungsabschnitts 1 angeordnet ist. Hier ist es die Außenseite des Strukturbauteils 3, es kann aber auch die Außenseite des Faserverbundbauteils 2 sein. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel weist das Strukturbauteil 2 einen ungehärteten oder teilgehärteten Faserverbundwerk- Stoff auf, und das Faserverbundbauteil 2 ist ebenfalls ungehärtet oder teilgehärtet. Der Verankerungsabschnitt 7 ist so ausgebildet, dass er das Strukturbauteil 3 in z- Richtung vollständig durchdring und sich in das Faserver- bundbauteil 2 weiter erstreckt. Es kann auch eine Klebeschicht 5 vorgesehen sein. Durch gleichzeitiges Aushärten der Anordnung werden das Faserverbundbauteil 2 und das Strukturbauteil 3 wie oben beschrieben verbunden. Fig. 7a-d zeigen schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten für das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Nachdem die Metallfolie 4 mit zwei Veranke- rungsabschnitten 7 und 8 ausgebildet worden ist, wird sie mit dem zweiten Verankerungsabschnitt 8 in dem Verbin- dungsabschnitt 1 in das ungehärtete oder teilgehärtete Strukturbauteil 3 eingebracht (Fig. 7a) . Dann wird das Strukturbauteil 3 gehärtet und verbindet sich mit der Metallfolie 4 mit dem zweiten Verankerungsabschnitt 8 und der Metallfolie 4 selbst (Fig. 7b) . In Fig. 7c wird das Faserverbundbauteil 2, z.B. bevorzugt als Prepreg, in dem Verbindungsabschnitt 1 auf den ersten Verankerungsabschnitt 7 der Metallfolie 4, die Metallfolie 4 und das Strukturbauteil 2 aufgebracht, wobei der erste Verankerungsabschnitt 7 sich in das Faserverbundbauteil 2 er- streckt. Schließlich erfolgt in Fig. 7d ein Aushärten des Faserverbundbauteil 2, wobei das Faserverbundbauteil 2 und das Strukturbauteil 3 über die Metallfolie 4 und deren Verankerungsabschnitte 7 und 8, die eine Querverstärkung des Verbindungsabschnitts 1 bilden, verbunden wird.
Fig. 8 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verankerungsabschnitts 7. Die Metallfolie 4 ist hier durch ein Stanzbiegeverfahren so bearbeitet, dass Verankerungsele- mente 11 in Form von oben zugespitzten Flächenelementen aus der Metallfolie 4 aus Ausstanzungen 15 herausgestanzt und um etwa 90° zur x-y-Ebene der Metallfolie 4 hochgebogen sind, wobei sie von einer ersten Oberfläche 9 der Metallfolie 4 vorstehen. Es können auch andere, vorbestimmte Winkel, entweder gleiche oder unterschiedliche, zur Anwendung kommen. An den freien Enden der Verankerungs- elemente 11 sind Widerhaken 13 angeordnet, die eine zusätzliche Verankerung bilden. Eine zweite Oberfläche 10 der Metallfolie 4 liegt in der Fig. 6 auf der Unterseite der Metallfolie 4.
Ein zweites Ausführungsbeispiel von Verankerungsabschnitten 7 und 8 ist in Fig. 9 schematisch perspektivisch dargestellt. Auf der ersten Oberfläche 9 der Metallfolie 4 sind Verankerungselemente 11 senkrecht von der ersten Oberfläche 9 vorstehend herausgestanzt und bilden den ersten Verankerungsabschnitt 7. Ein zweiter Verankerungs- abschnitt 8 ist durch Biegen von ausgestanzten Verankerungselementen 11 nach unten gebildet, wobei der zweite Verankerungsabschnitt 8 von der zweiten Oberfläche 10 der Metallfolie 4 vorsteht. In diesem Beispiel sind die Verankerungselemente 11 an ihren Seiten mit Verzahnungen 14 versehen, wodurch den Verankerungselernenten 11 eine größere Oberfläche zur Verbindung gegeben ist. Durch die Ausstanzungen 15 kann Klebeschicht bzw. Matrixwerkstoff hindurch treten und somit eine innigere Verbindung von Faserverbundbauteil 2 und Strukturbauteil 3 schaffen. Schließlich zeigt Fig. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verankerungsabschnitts 7, der von der Oberfläche 9 der Metallfolie 4 vorsteht und aus Verankerungspins 12 besteht. Diese Verankerungspins 12 können zum Beispiel durch Additive Layer Manufacturing (Additiv- Schichten- Herstellverfahren) auf chemische und/oder elektrochemische Art und Weise gebildet werden. Die Anordnung der gezeigten Verankerungselemente 11 und Verankerungspins 12 ist nur beispielhaft und kann selbstverständlich variieren, wie in den Figuren 11 und 12 in Beispielen dargestellt wird.
Fig. IIa zeigt hier eine Kombination des ersten Ausführungsbeispiels eines ersten Verankerungsabschnitts 7 nach Fig. 8 mit und ohne Widerhaken 13 und unterschiedlicher Längen von Verankerungselementen 11. Eine gleichzeitige Ausbildung mit einem zweiten Verankerungsabschnitt 8 zeigt Fig. IIb. Fig. 11c zeigt unterschiedlich große Verankerungspins 12. In Fig. 12 ist ein Verankerungselement 11 mit einem umgebogenen Widerhaken 13 gezeigt. Fig. 12 stellt weiterhin Verankerungspins 12 mit verschiedenen Kopfausführungen dar. Der linke Verankerungspin 12 weist einen angespitzten und umgebogenen Kopf auf, der rechts daneben gezeigte ist mit einer Art Nagelkopf versehen, wobei der rechts davon abgebildete Verankerungspin 12 eine Spitze mit überstehendem Rand aufweist.
Die Verankerungselemente 11 und Verankerungspins 12 sind zum Beispiel einstückig mit der Metallfolie 4 hergestellt. Es ist aber auch möglich, dass die Verankerungspins 12 (siehe Fig. 12) separat hergestellt und dann an bzw. auf die Metallfolie 4 geschweißt werden. Dabei kann die Metallfolie 4 auch schon Verankerungselemente 11 (und auch Ausstanzungen oder nur Ausstanzungen) durch Stanzbiegeverfahren aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar . So kann bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die Metallfolie 4 als zur Wärmeeinführung bzw. Unterstützung des Schweißvorgangs dienen, wie zum Beispiel durch Induktion.
Bei einem Verfahren zum Anbinden eines Faserverbundbauteils 2 an ein Strukturbauteil 3 eines Luft- und Raumfahrzeuges, wird eine Metallfolie 4 als Querverstärkungs- element zwischen dem Faserverbundbauteil 2 und dem Strukturbauteil 3 vorgesehen. Sie wird mit mindestens einem Verankerungsabschnitt 7, welcher von der dem Faserverbundbauteil 2 zugewandten Oberfläche 9 vorsteht ausgebildet und zwischen das Faserverbundbauteil 2 und dem Struk- turbauteil 3 eingefügt. Eine entsprechende Anordnung ist nach diesem Verfahren hergestellt.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Verbindungsabschnitt
2 Faserverbundbauteil
3 Strukturbauteil
4 Metallfolie
5 Erste Klebeschicht
6 Zweite Klebeschicht
7 Erster Verankerungsabschnitt
8 Zweiter Verankerungsabschnitt
9 Erste Oberfläche
10 Zweite Oberfläche
11 Verankerungselement
12 Verankerungspin
13 Widerhaken
14 Verzahnung
15 Ausstanzung
16 Z-Pin
x, y, z Koordinaten