DE102020203664A1

DE102020203664A1 - Method for the casting connection of a component with a metal

Info

Publication number: DE102020203664A1
Application number: DE102020203664.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Pille; Franz-Josef Wöstmann; Jan Clausen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gusstechnischen Verbinden eines Bauteils (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) aus einem Faserverbundkunststoff mit einem Metall (2) zu einem Verbundbauteil, bei dem an der Oberfläche des Bauteils ein Oberflächenprofil (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3i, 3j, 3k, 31) geschaffen und das Bauteil mit flüssigem Metall (2) vergossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenprofil durch eine Umformung des Faserverbundkunststoffs, insbesondere eine bleibende Verformung des Faserverbundkunststoffs erzeugt wird. Dadurch dass ein unebenes Oberflächenprofil durch Umformung geschaffen wird, wird das Erreichen eines optimierten Formschlusses beim Metallverguss ermöglicht.The invention relates to a method for the casting connection of a component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) made of a fiber composite plastic with a metal (2) to form a composite component in which the surface of the Component, a surface profile (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3i, 3j, 3k, 31) is created and the component is cast with liquid metal (2), characterized in that the surface profile is formed by reshaping the fiber-reinforced plastic, in particular a permanent one Deformation of the fiber reinforced plastic is generated. The fact that an uneven surface profile is created by reshaping enables an optimized form fit to be achieved during metal casting.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Materialwissenschaften und ist besonders bei gusstechnischen Herstellungsprozessen mit Vorteil einsetzbar.The invention is in the field of mechanical engineering and material science and can be used to advantage particularly in casting manufacturing processes.

Es sind grundsätzlich auf vielen Gebieten Multimaterialbauteile bekannt, in denen verschiedene Materialien zusammengefügt werden, sodass in der Kombination dieser Materialien besondere Ansprüche an die Bauteile erfüllt werden können. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, konventionelle Fügemethoden wie beispielsweise Nieten, Kleben, Schrauben oder ähnliche zu verwenden, um die verschiedenen Bestandteile von Multimaterialbauteilen miteinander zu verbinden.In principle, multi-material components are known in many fields in which different materials are joined together, so that special demands on the components can be met in the combination of these materials. In this context, it is known to use conventional joining methods such as riveting, gluing, screwing or the like, in order to connect the various components of multi-material components to one another.

Es ist ein bereits bekannter Ansatz, verschiedene Materialien wie beispielsweise Faserverbundbauteile mit Metallen zu vergießen. Dadurch können Fertigungsschritte im Fügeprozess eingespart werden. Allerdings ist es schwierig, die mechanische Festigkeit des Verbundes zu gewährleisten, weil beispielsweise im späteren Betrieb solcher Bauteile die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Faserverbundteils und des Metalls den Materialverbund schwächen können. Aus diesem Grund wurde bisher versucht, durch Verwendung geeigneter Klebstoffe, Kraft- oder Formschluss den Materialverbund sicherzustellen. Bisher wird dies beispielsweise durch Schrumpfung der Metallschmelze nach deren Erstarrung und/oder durch spanende Bearbeitung der Faserverbundkomponente zur Schaffung von formschlüssigen Bereichen versucht.It is a well-known approach to encapsulate various materials such as fiber composite components with metals. This saves manufacturing steps in the joining process. However, it is difficult to ensure the mechanical strength of the composite because, for example, in the later operation of such components, the different coefficients of thermal expansion of the fiber composite part and of the metal can weaken the material composite. For this reason, attempts have hitherto been made to ensure the material bond through the use of suitable adhesives, force fit or form fit. So far this has been attempted, for example, by shrinking the molten metal after it has solidified and / or by machining the fiber composite component to create form-fitting areas.

Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum gusstechnischen Verbinden eines Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff mit einem Metall zu schaffen, durch das eine dauerhafte und belastbare Verbindung mit minimalem Fertigungsaufwand geschaffen wird.Against the background of the prior art, the present invention is based on the object of creating a method for the casting connection of a component made of a fiber-reinforced plastic with a metal, by means of which a permanent and resilient connection is created with minimal manufacturing effort.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.The object is achieved by the invention with the features of claim 1. Advantageous refinements can be found in the subclaims.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum gusstechnischen Verbinden eines Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff mit einem Metall zu einem Verbundbauteil, bei dem an der Oberfläche des Bauteils ein Oberflächenprofil geschaffen und das Bauteil mit flüssigem Metall vergossen wird.Accordingly, the invention relates to a method for casting a component made of a fiber composite plastic with a metal to form a composite component, in which a surface profile is created on the surface of the component and the component is cast with liquid metal.

Eine belastbare Verbindung wird dadurch hergestellt, dass das Oberflächenprofil durch eine Umformung des Faserverbundkunststoffs, insbesondere eine bleibende Verformung des Faserverbundkunststoffs erzeugt wird.A resilient connection is established in that the surface profile is generated by deforming the fiber composite plastic, in particular a permanent deformation of the fiber composite plastic.

Durch eine Umformung des Faserverbundkunststoffs kann eine Oberflächenprofilierung geschaffen werden, die eine formschlüssige Verbindung beim Metallverguss ermöglicht und gegebenenfalls auch kraftschlüssige Verbindungen erlaubt bzw. deren Festigkeit verbessert. Bei der Umformung wird kein Material des Faserverbundkunststoffs entfernt, sodass typischerweise Verstärkungsfasern oder andere Verstärkungsstrukturen intakt bleiben und auch das Erzeugen von schaftkantigen Profilen, die beispielsweise Spannungsrisse erzeugen könnten oder beispielsweise durch scharfe Kanten oder Nuten Schwachstellen erzeugen, vermieden werden. Die Krümmungsradien im Bereich der Oberfläche des Faserverbundkunststoffs können beispielsweise vorteilhaft größer sein als 1 mm. Die Verformungen/Umformungen des Materials finden unter Erhalt der Masse des Bauteils aus dem Faserverbundkunststoff statt, sodass keine Masse verloren geht und keine Späne im Fertigungsprozess anfallen oder zu entsorgen sind.By reshaping the fiber-reinforced plastic, a surface profile can be created that enables a form-fitting connection during metal casting and, if necessary, also allows force-fit connections or improves their strength. During the forming process, no material is removed from the fiber-reinforced plastic, so that typically reinforcing fibers or other reinforcing structures remain intact and the creation of shaft-edged profiles that could, for example, generate stress cracks or, for example, create weak points through sharp edges or grooves, are avoided. The radii of curvature in the area of the surface of the fiber-reinforced plastic can, for example, advantageously be greater than 1 mm. The deformation / reshaping of the material takes place while maintaining the mass of the component from the fiber-reinforced plastic, so that no mass is lost and no chips accumulate in the manufacturing process or have to be disposed of.

Die Umformung des Faserverbundkunststoffs kann zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des Herstellungsprozesses und auf unterschiedliche Weise erfolgen.The reshaping of the fiber-reinforced plastic can take place at different times within the manufacturing process and in different ways.

Grundsätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass die bleibende Verformung des Bauteils als plastische Verformung erzeugt wird. Es ist jedoch auch möglich, eine bleibende Verformung als elastische Verformung einzubringen, indem durch ein Hilfsbauteil dauerhaft eine Kraft auf das Bauteil ausgeübt wird. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen.In principle, it can be provided that the permanent deformation of the component is generated as a plastic deformation. However, it is also possible to introduce a permanent deformation as an elastic deformation in that an auxiliary component permanently exerts a force on the component. This will be discussed further below.

Eine mögliche Ausführungsform kann sich darauf beziehen, dass eine bleibende Verformung während der Urformung des Bauteils durchgeführt wird.One possible embodiment can relate to the fact that a permanent deformation is carried out during the primary shaping of the component.

Während der Urformung, also beispielsweise während eines Gießprozesses des Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff oder während des Einbringens einer Harzmatrix in ein Fasergerüst oder bei einem Extrusionsprozess kann unmittelbar eine Oberflächenprofilierung eingebracht werden. Beispielsweise kann bereits das Faser- oder Gewebegerüst des Bauteils vorprofiliert sein und mit der Matrix derart getränkt werden, dass die Oberflächenprofilierung erhalten bleibt. Eine Oberflächenprofilierung kann zudem auch durch entsprechende Gestaltung einer Gussform für das Bauteil realisiert sein. Beim Extrudieren eines Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff kann entweder eine Kannelierung in Extrusionsrichtung durch entsprechende Gestaltung der Düse erfolgen oder der Extrusionsprozess kann diskontinuierlich oder mit einer Geschwindigkeitsprofilierung gefahren werden, um in gewünschten Abständen Aufwürfe oder Rillen im Faserverbundhalbzeug zu erzeugen. Zudem kann während des Extrusionsprozesses auch eine Torsion stattfinden, sodass gewindeförmige oder helixartige Strukturierungen auf der Oberfläche des Halbzeugs / des Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff erzeugt werden. Es kann auch beispielsweise ein Hilfsbauteil in Form eines Rings oder einer Spange im weichen Zustand des Matrixharzes des Faserverbundteils aufgeprägt oder aufgepresst werden. Es ist auch möglich, durch einen Stanzprozessschritt ein Oberflächenprofil auf das Bauteil aufzuprägen, solange die Matrix noch nicht erhärtet ist.Surface profiling can be introduced directly during the primary shaping, for example during a casting process of the component from a fiber-reinforced plastic or during the introduction of a resin matrix into a fiber framework or during an extrusion process. For example, the fiber or fabric framework of the component can already be pre-profiled and soaked with the matrix in such a way that the surface profile is retained. A surface profiling can also be implemented by appropriately designing a casting mold for the component. When extruding a component from a fiber-reinforced plastic, either fluting in the direction of extrusion by means of a corresponding design of the nozzle or the extrusion process can be discontinuous or with a Speed profiling can be driven in order to create bulges or grooves in the fiber composite semi-finished product at the desired intervals. In addition, torsion can also take place during the extrusion process, so that thread-like or helical structures are created on the surface of the semi-finished product / component made from a fiber-reinforced plastic. For example, an auxiliary component in the form of a ring or a clasp can also be stamped or pressed on in the soft state of the matrix resin of the fiber composite part. It is also possible to emboss a surface profile on the component by means of a punching process step, as long as the matrix has not yet hardened.

Eine weitere mögliche Implementierung kann vorsehen, dass eine bleibende Verformung nach der Urformung des Bauteils und vor dem Vergießen mit dem Metall durchgeführt wird.Another possible implementation can provide for permanent deformation to be carried out after the original shaping of the component and before it is cast with the metal.

Dies ist beispielsweise durch Einwirkung auf das Bauteil nach der Urformung möglich, indem eine Krafteinwirkung vor dem Vergießen oder durch das Metall beim Verguss genutzt wird. Auch eine Krafteinwirkung durch Werkzeuge oder durch Hilfsbauteile, die auf das Bauteil aufgepresst werden, ist denkbar. Hierzu ist es hilfreich, wenn die Festigkeit und/oder Deformierbarkeit des Bauteils entlang der Oberfläche variiert. Dies hat zur Folge, dass bei gleicher Krafteinwirkung verschieden starke Deformationen der Oberfläche in Abhängigkeit von der Position auf der Oberfläche erzeugt werden, sodass eine Oberflächenprofilierung bei Krafteinwirkung die Folge ist.This is possible, for example, by acting on the component after the primary shaping, by using a force before casting or through the metal during casting. The application of force through tools or through auxiliary components that are pressed onto the component is also conceivable. For this it is helpful if the strength and / or deformability of the component varies along the surface. As a result, with the same force being exerted, deformations of the surface of different magnitudes are generated depending on the position on the surface, so that a surface profiling is the result when a force is exerted.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Maß der Infiltration des Faserverbundkunststoffs mit der Matrix entlang der Oberfläche des Bauteils variiert. Das kann beispielsweise durch die Gestaltung des Einspritzverfahrens beim Einbringen der Matrix in das Bauteil oder durch Varriierung der Faserdichte im Bauteil erreicht werden. Beispielsweise kommen folgende Maßnahmen in Frage: durch gezieltes zusätzliches Einbringen von Luft oder einem anderen Gas; Reduzierung der Faserlagen, die zu Erhöhung des Matrixanteils führt; Anpassung oder ortsabhängige Variation der Fasertextilien; Einbringen von Hohlkugeln, die das Infiltrieren mit Matrix überstehen, aber dann beim Gießprozess später deformiert werden oder platzen und für eine Gestaltänderung des FVK sorgen. Eine weitere Möglichkeit der Implementierung kann darin bestehen, dass die Zusammensetzung der Matrix, die in den Faserverbundwerkstoff durch Infiltration eingebracht wird, entlang der Oberfläche des Bauteils variiert.This can be achieved, for example, by varying the degree of infiltration of the fiber-reinforced plastic with the matrix along the surface of the component. This can be achieved, for example, by designing the injection process when introducing the matrix into the component or by varying the fiber density in the component. For example, the following measures come into question: by targeted additional introduction of air or another gas; Reduction of the fiber layers, which leads to an increase in the matrix content; Adaptation or location-dependent variation of the fiber textiles; Insertion of hollow spheres that survive the infiltration with matrix, but are later deformed or burst during the casting process and change the shape of the FRP. Another implementation option can be that the composition of the matrix, which is introduced into the fiber composite material by infiltration, varies along the surface of the component.

Beispielsweise kann dies dadurch erreicht werden, dass mehrere Werkstoffe zur Bildung der flüssigen Matrix unvollkommen gemischt und danach inhomogen in das Bauteil bzw. die Verstärkungsfasern eingebracht werden. Folgende Materialien können dabei zur Realisierung einer unvollkommenen Mischung kombiniert werden: thermoplastische Matrices: ABS, Polystyrol, PVC, Polyethylen, Polyamid sowie duroplastische Matrices: Epoxidharze, Polyesterharze, Polyurethanharze, Vinylesterharze. Die Realisierung einer inhomogenen Mischung kann weiter durch folgende Maßnahmen unterstützt werden: verschiedene Dichten der gemischten Harze, verschiedene Viskositäten, verschiedene Oberflächenspannungen, was jeweils dafür sorgt, dass sich verschiedene Matrixsysteme nicht gut miteinander vermischen um den gewünschten Effekt zu erzielen. Eine weitere mögliche Implementierung kann beispielsweise vorsehen, dass auf das Bauteil vor dem Vergießen mit einem Metall ein Hilfsbauteil unter Verformung des Bauteils aufgesetzt wird, wobei das Hilfsbauteil insbesondere durch eine einseitig geschlossene Hülse zur Abdichtung eines Hohlraums des Bauteils gebildet ist.For example, this can be achieved by incompletely mixing several materials to form the liquid matrix and then introducing them inhomogeneously into the component or the reinforcing fibers. The following materials can be combined to create an imperfect mixture: thermoplastic matrices: ABS, polystyrene, PVC, polyethylene, polyamide and thermosetting matrices: epoxy resins, polyester resins, polyurethane resins, vinyl ester resins. The implementation of an inhomogeneous mixture can be further supported by the following measures: different densities of the mixed resins, different viscosities, different surface tensions, which in each case ensure that different matrix systems do not mix well with one another in order to achieve the desired effect. Another possible implementation can, for example, provide that an auxiliary component is placed on the component before it is cast with a metal, thereby deforming the component, the auxiliary component being formed in particular by a sleeve closed on one side for sealing a cavity of the component.

Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Hilfsbauteil vor dem Vergießen oder während des Vergießens an dem Bauteil durch Aufschrumpfen, Verspannen, Aufpressen oder Crimpen befestigt wird.This can be realized, for example, in that the auxiliary component is attached to the component by shrinking, bracing, pressing or crimping before the casting or during the casting.

Damit können Hinterschneidungen am Bauteil selbst und/oder auch an dem Hilfsbauteil erzeugt werden, die einen zuverlässigen Verbund mit dem Metall nach dem Verguss ermöglichen. Besonders ist dabei auf die Verformung des Bauteils selbst durch das Hilfsbauteil hinzuweisen, sodass Hinterschneidungen nicht nur am Hilfsbauteil, sondern auch am Material des Bauteils selbst entstehen. Beispielhaft kann an dem Bauteil, das strangförmig gestaltet sein kann, eine Schelle oder Spange angeklemmt werden. Das Material des Hilfsbauteils sollte so gestaltet sein, dass es seine Festigkeit bei den Schmelztemperaturen des Metalls, mit dem das Bauteil vergossen wird, zumindest eine Zeit lang behält.In this way, undercuts can be produced on the component itself and / or also on the auxiliary component, which allow a reliable bond with the metal after the casting. In particular, the deformation of the component itself by the auxiliary component should be pointed out, so that undercuts arise not only on the auxiliary component, but also on the material of the component itself. For example, a clamp or clasp can be clamped onto the component, which can be designed in the form of a strand. The material of the auxiliary component should be designed in such a way that it retains its strength for at least a period of time at the melting temperatures of the metal with which the component is cast.

Die Erfindung bezieht sich außer auf das oben beschriebene Verfahren auch auf ein Verbundbauteil mit einem Bauteil aus einem Faserverbundkunststoff und einem mit dem Bauteil vergossenen Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein durch Umformung erzeugtes unebenes Oberflächenprofil aufweist, das wenigstens teilweise mit dem Metall bedeckt ist, wobei insbesondere das Oberflächenprofil keine durch Umformung gebrochenen Fasern aufweist.In addition to the method described above, the invention also relates to a composite component with a component made of a fiber composite plastic and a metal encapsulated with the component, characterized in that the component has an uneven surface profile produced by forming which is at least partially covered with the metal , wherein in particular the surface profile does not have any fibers broken by deformation.

Dadurch, dass das unebene Oberflächenprofil durch Umformung erzeugt wird, wird das Brechen von Fasern weitestgehend vermieden. Die Fasern in dem Faserverbundkunststoff können durch die oben beschriebenen Verfahrensvarianten weitestgehend durch Biegen oder Verschieben innerhalb des Bauteils der unebenen Oberflächenstruktur angepasst werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Festigkeit des Bauteils und Absplitterungen bzw. Abscherungen bei höherer Belastung werden an dem Bauteil vermieden. Der Zusammenhalt mit dem Metall innerhalb des Verbundbauteils wird damit gestärkt. Zudem können sich bei einigen Arten der Umformung die Fasern parallel zur Oberfläche des Bauteils, insbesondere zu dem unebenen Oberflächenprofil, anordnen.Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.The fact that the uneven surface profile is created by reshaping prevents fibers from breaking as far as possible. The fibers in the fiber-reinforced plastic can be adapted to the uneven surface structure as far as possible by bending or shifting within the component using the method variants described above will. This results in a high strength of the component and splintering or shearing off at higher loads on the component are avoided. The cohesion with the metal within the composite component is thus strengthened. In addition, with some types of deformation, the fibers can be arranged parallel to the surface of the component, in particular to the uneven surface profile. In the following, the invention is shown on the basis of exemplary embodiments in figures of a drawing and is described below.

Dabei zeigt

1 im Querschnitt die Verbindung eines Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff mit einem Metall in allgemeiner Form,
2, 3, 4 jeweils auf der linken Seite einen Teilquerschnitt eines Bauteils mit unebenem Oberflächenprofil und auf der rechten Seite den Verlauf von Verstärkungsfasern,
5 einen Längsschnitt durch ein Bauteil, das mit einem Metall vergossen ist,
6 ein Bauteil, das ebenso wie das Bauteil aus 5 mit einem Metall vergossen ist,
7 ein Bauteil aus einem Faserverbundkunststoff mit einer aufgesteckten Hülse,
8 die Konstellation aus der 7 nach einer Verformung der Hülse und des Bauteils,
9 den Gegenstand aus der 8 nach dem Eingießen in ein Metall,
10 ein Bauteil aus einem Faserverbundkunststoff mit einer auf dieses aufgesteckten Hülse,
11 die Konstellation aus der 10 nach dem Eingießen in ein Metall, wobei die Hülse in Ausnehmungen an dem Bauteil eingedrückt ist,
12 ein Bauteil mit einem an seinem Ende eingefügten konusförmigen Stopfen, eingegossen in ein Metall, sowie
13 ein Bauteil mit einem teilkonusförmigen Stopfen, der in einen Hohlraum des Bauteils gesteckt ist, nach dem Vergießen mit einem Metall.

It shows

1 in cross-section the connection of a component made of a fiber composite plastic with a metal in general form,
2 , 3 , 4th in each case on the left side a partial cross-section of a component with an uneven surface profile and on the right side the course of reinforcing fibers,
5 a longitudinal section through a component that is encapsulated with a metal,
6th a component that just like the component from 5 is potted with a metal,
7th a component made of a fiber-reinforced plastic with an attached sleeve,
8th the constellation from the 7th after deformation of the sleeve and the component,
9 the item from the 8th after pouring into a metal,
10 a component made of a fiber-reinforced plastic with a sleeve attached to it,
11 the constellation from the 10 after being poured into a metal, the sleeve being pressed into recesses on the component,
12th a component with a conical plug inserted at its end, cast in a metal, as well as
13th a component with a partially conical stopper which is inserted into a cavity of the component after casting with a metal.

In 1 ist in allgemeiner Form ein Bauteil 1 aus einem Faserverbundkunststoff gezeigt, das stangen-, strang- oder rohrförmig ausgebildet ist und das an seinem Ende mit einem Metall 2 vergossen ist. Der Zusammenhalt der beiden unterschiedlichen Materialien ist insbesondere durch die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten geschwächt. Im Folgenden werden verschiedene Varianten von Oberflächenprofilen des Bauteils aus einem Faserverbundkunststoff und einer Matrix erläutert, die durch Umformung geschaffen werden und die einen formschlüssigen und teilweise auch kraftschlüssigen Zusammenhalt zwischen den Materialien ermöglichen. Die Fasern des Faserverbundkunststoffs können dabei aus vielen verschiedenen Materialien, beispielsweise Glas, Kunststoff, Kohlenstoff oder Keramik oder aus Metall, bestehen und mit einer Matrix gefüllt sein, die beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen kann. Als Metall kommen beispielsweise Aluminium, Kupfer, Messing oder Edelmetalle oder deren Legierungen infrage, die aufgrund ihrer Schmelztemperaturen und entsprechender Eigenschaften des Bauteils mit diesem vergossen werden können.In 1 is a component in general terms 1 Shown from a fiber composite plastic, which is rod-shaped, strand-shaped or tubular and at its end with a metal 2 is shed. The cohesion of the two different materials is weakened in particular by the different coefficients of thermal expansion. In the following, different variants of surface profiles of the component made of a fiber-reinforced plastic and a matrix are explained, which are created by reshaping and which enable a form-fitting and partly also force-fitting cohesion between the materials. The fibers of the fiber composite plastic can consist of many different materials, for example glass, plastic, carbon or ceramic or metal, and be filled with a matrix which can consist of a plastic, for example. The metal, for example, aluminum, copper, brass or precious metals or their alloys come into question, which can be cast with the component due to their melting temperatures and the corresponding properties of the component.

In der 2 ist beispielhaft ein Querschnitt eines Bauteils 1a dargestellt, mit einem Oberflächenprofil 3a, bei dem Ausnehmungen in Umfangsrichtung entlang der Oberfläche des strangförmigen Bauteils eingebracht sind. Im rechten Teil der 2 ist im Wesentlichen der Verlauf der Verstärkungsfasern dargestellt. Das Bauteil 1a hat beispielsweise die Form eines Rohres.In the 2 is an example of a cross section of a component 1a shown, with a surface profile 3a , in which recesses are made in the circumferential direction along the surface of the strand-shaped component. In the right part of the 2 essentially shows the course of the reinforcing fibers. The component 1a has the shape of a tube, for example.

In der 3 ist im Querschnitt ebenfalls ein rohrförmiges Bauteil 1b dargestellt, dessen Oberflächenprofil 3b in Umfangsrichtung entlang der Oberfläche wellenförmig gestaltet ist.In the 3 is also a tubular component in cross section 1b shown, its surface profile 3b is designed undulating in the circumferential direction along the surface.

In der 4 ist ein Bauteil 1c dargestellt, bei dem entlang der Oberfläche gemäß dem Oberflächenprofil 3c verschiedene Nuten bzw. Vertiefungen begrenzter Länge eingebracht sind. Dies ist genauer auf der rechten Seite der Figur dargestellt, aus der ersichtlich ist, dass über bestimmte Längenabschnitte in das rohrförmige Bauteil Vertiefungen an seiner Oberfläche eingebracht sind, wobei die Verstärkungsfasern durch eine Umformung jeweils an den Rändern der Vertiefungen verdichtet sind.In the 4th is a component 1c shown in which along the surface according to the surface profile 3c different grooves or depressions of limited length are introduced. This is shown in more detail on the right-hand side of the figure, from which it can be seen that depressions are made on its surface over certain length sections in the tubular component, the reinforcing fibers being compressed by a deformation at the edges of the depressions.

Die 5 zeigt ein rohrförmiges Bauteil 1d, das an seinem in das Metall 2 eingegossenen Ende in Umfangsrichtung umlaufende Nuten aufweist, die das Oberflächenprofil 3d bilden. Die Nuten sind beispielsweise durch Eindrücken, Einprägen oder Einschnüren des Bauteils 1d vor dem Verguss mit dem Metall 2 eingebracht.the 5 shows a tubular component 1d that at its in the metal 2 cast-in end has circumferential grooves that form the surface profile 3d form. The grooves are created, for example, by pressing in, embossing or constricting the component 1d before casting with the metal 2 brought in.

Die Verstärkungsfasern des Faserverbundkunststoffs sind typischerweise am Boden der umlaufenden Nuten in dem Bauteil stark verdichtet, da sie durch den Umformungsprozess zusammen mit der Matrix in dem Bauteil komprimiert worden sind.The reinforcing fibers of the fiber-reinforced plastic are typically strongly compressed at the bottom of the circumferential grooves in the component, since they have been compressed by the deformation process together with the matrix in the component.

Beispielhaft sind auch einfache Einprägungen 6 in Form von muldenartigen Ausnehmungen an der Oberfläche des Bauteils gezeigt, falls nicht durchgehend umlaufende Nuten gewünscht sind.Simple impressions are also exemplary 6th Shown in the form of trough-like recesses on the surface of the component, if continuous circumferential grooves are not desired.

In der 6 ist ein Bauteil 1e gezeigt, das in dem Oberflächenbereich, in dem es in das Metall 2 eingegossen ist, ein Oberflächenprofil 3e aufweist. Das Oberflächenprofil 3e ist dadurch uneben, dass bei der Herstellung des Bauteils eine inhomogene Matrix oder eine inhomogene Mischung aus verschiedenen Matrixwerkstoffen oder eine unvollkommene Mischung einer Matrix angewendet worden ist, sodass beim Einwirken der hohen Temperatur der Metallschmelze und/oder des Drucks beim Vergießen entweder lokal unterschiedliche Reaktionen oder Reaktionsintensitäten auftreten oder aufgrund unterschiedlichen thermischen Verhaltens der verschiedenen Bestandteile der Matrixmischung verschiedene lokale Bereiche auf den Druck oder die Temperatur der Metallschmelze unterschiedlich stark durch mechanisches Nachgeben oder chemische Reaktion reagieren. Auch in dieser Variante ergibt sich ein guter formschlüssiger Zusammenhalt zwischen dem Bauteil 1e und dem Metall 2.In the 6th is a component 1e shown this in the surface area where it is in the metal 2 is cast, a surface profile 3e having. The surface profile 3e is uneven because an inhomogeneous matrix or an inhomogeneous mixture of different matrix materials or an imperfect mixture of a matrix was used in the production of the component, so that when the high temperature of the molten metal and / or the pressure during casting either locally different reactions or Reaction intensities occur or due to different thermal behavior of the various components of the matrix mixture, different local areas react to the pressure or the temperature of the molten metal to different degrees by mechanical yielding or chemical reaction. In this variant, too, there is a good form-fitting cohesion between the component 1e and the metal 2 .

In den 7, 8, 9 sind drei Verfahrensstände bei der Herstellung eines Verbundbauteils gezeigt, wobei gemäß der 7 zunächst auf ein Bauteil 1i aus einem Faserverbundkunststoff eine Hülse 4 aus einem Metall aufgesteckt wird. Die Hülse 4 weist eine Außenhülse 4a sowie einen Stopfen 4b auf, wobei der Stopfen 4b in einen Hohlraum des rohrförmigen Bauteils 1i eingreift. Der Stopfen 4b kann der Stützung des Bauteils 1i bei der nachfolgenden Verformung dienen und hat zudem die Funktion, das Eindringen von Metallschmelze in das Bauteil 1i zu verhindern. Es kann in manchen Fällen auch ausreichen, die Hülse 4 am Ende durch eine Stirnplatte zu verschließen und keinen in dem Hohlraum des Bauteils 1i einzubringenden Stopfen vorzusehen.In the 7th , 8th , 9 three process states are shown in the production of a composite component, wherein according to FIG 7th initially on a component 1i a sleeve made of a fiber composite plastic 4th is attached from a metal. The sleeve 4th has an outer sleeve 4a as well as a stopper 4b on, with the stopper 4b into a cavity of the tubular component 1i intervenes. The stopper 4b can support the component 1i serve in the subsequent deformation and also has the function of allowing molten metal to penetrate into the component 1i to prevent. In some cases, the sleeve may be sufficient 4th to be closed at the end by a faceplate and none in the cavity of the component 1i Provide plug to be inserted.

Im nächsten Verfahrensschritt, der in der 8 dargestellt ist, werden Eindellungen/Ausnehmungen/Nuten in die Außenhülse 4a eingeprägt und mit der Verformung der Außenhülse 4a wird auch das Oberflächenprofil 3i an dem Bauteil 1i erzeugt. Die Hülse 4 wird demnach gleichzeitig mit dem Bauteil 1i verformt.In the next process step, which is in the 8th is shown, indentations / recesses / grooves in the outer sleeve 4a embossed and with the deformation of the outer sleeve 4a also becomes the surface profile 3i on the component 1i generated. The sleeve 4th is therefore at the same time as the component 1i deformed.

In einer anderen Variante kann das Oberflächenprofil 3i mit Ausnehmungen/Nuten/Eindellungen, die auch Hinterschneidungen bilden, bereits vor dem Aufbringen der Hülse 4 in das Bauteil 1i eingebracht sein.In another variant, the surface profile 3i with recesses / grooves / indentations, which also form undercuts, even before the sleeve is applied 4th into the component 1i be brought in.

Das auf diese Weise hergestellte Bauteil 1i mit dem Hilfsbauteil / der Hülse 4 wird dann mit dem Metall 2 vergossen und es entsteht das Verbundbauteil, das in der 9 dargestellt ist.The component produced in this way 1i with the auxiliary component / the sleeve 4th is then with the metal 2 potted and the composite component is created, which is in the 9 is shown.

In den 10, 11 sind verschiedene Stände eines Verfahrens dargestellt, bei dem zunächst ein Bauteil 1j mit einem Oberflächenprofil 3j mit Ausnehmungen, beispielsweise in Umfangsrichtung umlaufenden Nuten erzeugt wird. Danach wird eine Hülse 5 mit einer Außenhülse 5a sowie einem Stopfen 5b auf das Bauteil 1j aufgesetzt bzw. in dieses eingesteckt. Darauf findet ein Verguss mit der Metallschmelze 2 statt, wodurch infolge des beim Verguss wirkenden Drucks die Außenhülse 5a in das Oberflächenprofil 3j des Bauteils 1j eingedrückt wird. Das Metall 2 wird auf diese Weise formschlüssig sowohl mit der Hülse 5 als auch mit dem Bauteil 1j bzw. dem Faserverbundkunststoff des Bauteils 1j durch das Oberflächenprofil 3j formschlüssig verbunden.In the 10 , 11 various stages of a process are shown, in which a component is first 1y with a surface profile 3y is generated with recesses, for example in the circumferential direction circumferential grooves. After that, a sleeve 5 with an outer sleeve 5a as well as a stopper 5b on the component 1y put on or plugged into this. This is followed by a potting with the molten metal 2 instead, whereby the outer sleeve due to the pressure acting during potting 5a into the surface profile 3y of the component 1y is pushed in. The metal 2 in this way becomes form-fitting with both the sleeve 5 as well as with the component 1y or the fiber-reinforced plastic of the component 1y through the surface profile 3y positively connected.

In der 12 ist ein Bauteil 1k in Form eines Rohres oder einer Stange mit längsverlaufenden Verstärkungsfasern dargestellt, wobei stirnseitig in das Material des Bauteils 1k ein Hilfsbauteil in Form eines konischen Stopfens 17 eingepresst ist. Dadurch findet am Ende des Bauteils 1k, das in das Metall 2 eingegossen ist, eine radiale Aufweitung und damit eine Oberflächenprofilierung in Form des Oberflächenprofils 3k statt, sodass durch den Verguss eine formschlüssige Verbindung erzeugt wird. Der Stopfen 17 kann durch den beim Vergießen wirkenden Druck der Schmelze in das Material des Bauteils 1k eingedrückt oder weiter eingedrückt werden.In the 12th is a component 1k shown in the form of a tube or a rod with longitudinal reinforcing fibers, with the end face in the material of the component 1k an auxiliary component in the form of a conical plug 17th is pressed in. This takes place at the end of the component 1k that is in the metal 2 is cast, a radial expansion and thus a surface profile in the form of the surface profile 3k instead, so that a form-fitting connection is created by the potting. The stopper 17th can be caused by the pressure of the melt in the material of the component during casting 1k pushed in or pushed in further.

Aus der 13 ist eine weitere Variante ersichtlich, bei der das rohrförmige Bauteil 1I an seinem Ende mit einem teilkonischen Stopfen 18 versehen wird, der in das Bauteil 1I eingesteckt wird. Auch hierdurch findet endseitig eine radiale Aufweitung des Bauteils 1I statt, wodurch das unebene Oberflächenprofil 3I erzeugt wird. Beim Verguss mit dem Metall 2 findet auch in dieser Konstellation ein formschlüssiger Verbund statt. Die verschiedenen oben dargestellten Verbindungen und Verbindungsweisen erlauben bei maximalem Erhalt der Festigkeit des Bauteils 1a bis 1I die Erzeugung von verschiedenen unebenen Oberflächenprofilen des Bauteils vor oder während des Vergusses mit der Metallschmelze und damit das Erreichen einer optimierten thermischen Belastbarkeit des Verbundbauteils durch einen guten Formschluss.From the 13th a further variant can be seen in which the tubular component 1I at its end with a partially conical stopper 18th is provided, which is in the component 1I is plugged in. This also results in a radial expansion of the component at the end 1I instead, creating the uneven surface profile 3I is produced. When potting with the metal 2 there is also a form-fitting connection in this constellation. The various connections and connection methods shown above allow the strength of the component to be retained as much as possible 1a until 1I the generation of various uneven surface profiles of the component before or during the encapsulation with the molten metal and thus the achievement of an optimized thermal load capacity of the composite component through a good form fit.

Claims

Method for the casting connection of a component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) made of a fiber composite plastic with a metal (2) to form a composite component in which a surface profile (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3i, 3j, 3k, 31) and the component is cast with liquid metal (2), characterized in that the surface profile is generated by deforming the fiber composite plastic, in particular a permanent deformation of the fiber composite plastic.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the permanent deformation is generated as a plastic deformation of the component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I).

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a permanent deformation is carried out during the primary forming of the component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I).

Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that permanent deformation is carried out after the original shaping of the component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) and before casting with the metal (2).

Method according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that a permanent deformation of the component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) is carried out during the casting with the metal (2), in particular a metallic, on the component before the sleeve (4, 5) attached to the casting is also deformed.

Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the component is deformed prior to solidification in an extrusion process or by local external pressure, in the latter case in particular a metallic sleeve (4, 5) attached to the component prior to casting is also deformed.

Method according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the strength of the component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I), in particular the degree of infiltration of the fiber composite plastic with a matrix, varies along the surface of the component, characterized in that either the dosage of the matrix is varied along the surface of the component and / or by varying the density of the reinforcing fibers in the component along the surface of the component before the matrix is introduced.

Method according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the composition of the matrix, which is introduced into the fiber composite material by infiltration, varies along the surface of the component.

Method according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that an auxiliary component is placed on the component prior to casting with a metal while deforming the component, the auxiliary component being formed in particular by a sleeve (4, 5) closed on one side for sealing a cavity in the component.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the auxiliary component is attached to the component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) by shrinking, bracing, pressing or crimping before or during the casting.

Composite component with a component (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1i, 1j, 1k, 1I) made of a fiber composite plastic and a matrix and with a metal (2) encapsulated with the component, in particular produced by a method according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the component has an uneven surface profile (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3i, 3j, 3k, 31) produced by forming, which is at least partially covered with the metal.