DE102009017295A1 - Layer composite component comprises composite layer construction having metal- and non-metal layers and stacked blanks, where each blank has a first mold section, a transition section and a second mold section - Google Patents

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Abstract

The layer composite component (10) comprises composite layer construction having metal- and non-metal layers and stacked blanks, where each blank has a first mold section (1), a transition section (3) and a second mold section (2). The transition section has a curve with a curvature radius. An additional layer (4) is incorporated between the two blanks in the mold section and extends itself in the transition area. The additional layer is made of aluminum or steel or of plastic or fiber reinforced plastic. The metal layer blanks consist of steel or aluminum. The layer composite component (10) comprises composite layer construction having metal- and non-metal layers and stacked blanks, where each blank has a first mold section (1), a transition section (3) and a second mold section (2). The transition section has a curve with a curvature radius. An additional layer (4) is incorporated between the two blanks in the mold section and extends itself in the transition area. The additional layer is made of aluminum or steel or of plastic or fiber reinforced plastic. The metal layer blanks consist of steel or aluminum. The non-metal layers consist of fiber reinforced plastic material, adhesive, adhesive coated plastic or adhesive coated fiber reinforced plastic matrix. An independent claim is included for a method for the production of layer composite component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schicht-Verbundbauteil und ein Verfahren zur Herstellung desselben.The The invention relates to a composite layer component and a method for the production of the same.

Aus dem Stand der Technik ist ein glasfaserverstärkter Aluminiumverbundwerkstoff bekannt, der aus abwechselnd angeordneten Aluminium- und glasfaserverstärkten Kunststoffschichten besteht, die unter Druck verklebt werden und zur Fertigung von Rumpfsegmenten im Flugzeugbau eingesetzt werden. Dabei können durch die Orientierung der Fasern die Bauteile hinsichtlich der Belastung optimiert werden. Bei der Verarbeitung und Montage muss vermieden werden, dass eine Delamination, eine Trennung der einzelnen Schichten auftritt oder bei Durchbohrungen Splitter oder Späne zwischen die Schichten geraten.Out The prior art is a glass fiber reinforced aluminum composite known, consisting of alternately arranged aluminum and glass fiber reinforced Plastic layers consists, which are glued under pressure and used for the manufacture of fuselage segments in aircraft construction. In this case, by the orientation of the fibers, the components be optimized in terms of load. While processing and assembly must be avoided, that is a delamination, a Separation of the individual layers occurs or when drilling through Splinters or chips get between the layers.

Herkömmliche Metallverbundwerkstoffe lassen sich lediglich mit großen Krümmungsradien zu Bauteilen mit einer flächigen Ausprägung und einfacher Geometrie umformen.conventional Metal composites can only be with large Curvature radii to components with a flat Shape and simple geometry reshaping.

Die DE 199 56 394 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Profilen aus einem Hybridwerkstoff in beliebiger Form ohne zusätzliche Nacharbeiten. Das geschichtete Metallverbundwerkstoffprofil wird aus mehreren übereinander angeordneten und einheitlich ausgerichteten Schichten gebildet. Diese Schichten bestehen abwechselnd aus Metall- und Prepregschichten, wobei die Prepregschichten mit einem Hitze härtbaren Imprägniermittel befeuchtet sind. Der gesamte Schichtenaufbau wird in mehreren aufeinander folgenden Umformschritten durch Druck- oder Biegeumformen umgeformt, woraufhin der geformte Schichtenaufbau in einem Autoklaven unter mechanischer Druckbeaufschlagung und erhöhter Temperatur ausgehärtet wird.The DE 199 56 394 B4 describes a method for producing profiles from a hybrid material in any form without additional reworking. The layered metal composite profile is formed from a plurality of stacked and uniformly aligned layers. These layers consist alternately of metal and prepreg layers, the prepreg layers being moistened with a thermosetting impregnating agent. The entire layer structure is formed in several successive forming steps by pressure or bending forming, whereupon the shaped layer structure is cured in an autoclave under mechanical pressure and elevated temperature.

Die DE 101 56 125 A1 beschreibt einen metallfaserverstärkten Verbundwerkstoff, der aus abwechselnd angeordneten Metallschichten und Verstärkungsschichten besteht. Dabei enthalten die Verstärkungsschichten hochfeste metallische Fasern, die als loses Gewirk zwischen den Metallschichten angeordnet sind. Nach einem thermo-mechanischen Prozess liegen die Metallfasern gelängt vor und die Schichtstruktur aus Metallschichten und Verstärkungsschichten ist verschweißt. Mit diesem Verbundwerkstoff wird eine Delamination der einzelnen Schichten verhindert. Das Verbundmaterial kann klassisch weiter verarbeitet werden.The DE 101 56 125 A1 describes a metal fiber reinforced composite consisting of alternating metal layers and reinforcing layers. In this case, the reinforcing layers contain high-strength metallic fibers, which are arranged as a loose knit between the metal layers. After a thermo-mechanical process, the metal fibers are elongated and the layer structure of metal layers and reinforcing layers is welded. This composite material prevents delamination of the individual layers. The composite material can be further processed classically.

Die DE 296 14 430 U1 offenbart ein Sandwich-Bauteil aus zwei Metallblechen und einer abschnittsweise zwischen den Metallblechen angeordneten nicht metallischen Zwischenschicht, wobei das Sandwich-Bauteil räumlich verformt ist und einen eng begrenzten Umform-Fügebereich aufweist, der nicht im Bereich der Außenkontur angeordnet ist. In diesem Umform-Fügebereich ist keine Zwischenschicht vorgesehen. Mit diesem Sandwich-Bauteil soll eine einfache Herstellung mit geringen Kosten eines Dämmelements für Hitze und Schall für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt werden.The DE 296 14 430 U1 discloses a sandwich component of two metal sheets and a partially arranged between the metal sheets non-metallic intermediate layer, wherein the sandwich member is spatially deformed and has a narrow forming-joining region, which is not arranged in the region of the outer contour. No intermediate layer is provided in this forming joining area. This sandwich component is intended to provide ease of manufacture at a low cost of heat and sound insulation for an internal combustion engine.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein Schicht-Verbundbauteil aus einem Metall-Schichtverbundmaterial sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, so dass das Bauteil eine komplizierte Geometrie mit einer lastgerechten Dimensionierung bei reduziertem Bauteilgewicht aufweisen kann. Ein Verfahren ist angestrebt, das eine bessere Umformbarkeit des Metall-Schichtverbundmaterials schafft.outgoing From this prior art, it is desirable to Layer composite component of a metal-layer composite material as well to provide a method of making the same so that the component is a complicated geometry with a load-appropriate Dimensioning with reduced component weight may have. One The method is intended to improve the formability of the metal layer composite material creates.

Diese Aufgabe wird durch ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.These The object is achieved by a composite component having the features of the claim 1 and solved by a method having the features of claim 5. Further developments are set forth in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Schicht-Verbundbauteil, das einen Verbundschichtaufbau aufweist, der mehrere Metall- und Nicht-Metallschichten umfasst. Dieses Schicht-Verbundbauteil ist erfindungsgemäß aus geschichteten Formlingen beschaffen, wobei jeder Formling einstückig mehrere Formabschnitte und dazwischen liegende Übergangsbereiche aufweist.A first embodiment relates to a composite layer component, which has a composite layer structure comprising a plurality of metal and non-metal layers includes. This composite layer component is according to the invention procure layered moldings, each mold in one piece several mold sections and intermediate transition areas having.

Ein solcher Übergangsbereich zwischen zwei Formabschnitten kann eine Krümmung sein, die einen für ein Schicht-Verbundbauteil relativ kleinen Krümmungsradius aufweisen kann; ein gewinkeltes Teil mit einem 90°-Winkel-Übergangsabschnitt zwischen zwei geraden Formabschnitten ist denkbar. Erfindungsgemäß ist dabei ferner vorgesehen, dass eine oder mehrere Zusatzschichten zwischen die Lagen bildenden, respektive geschichteten Formlinge eingefügt werden, wobei eine solche Zusatzschicht sich lediglich in einem der Formabschnitte befindet und sich nicht in den Übergangsbereich erstreckt. Dadurch muss die Zusatzschicht nicht umgeformt werden und stabilisiert dennoch den entsprechenden Formabschnitt, der wegen einer vorgesehenen höheren Belastung der Stabilisierung bedarf.One Such transition region between two mold sections may be a curve, the one for a composite layer component may have relatively small radius of curvature; an angled part with a 90 ° angle transition section between two straight mold sections is conceivable. According to the invention it further provided that one or more additional layers inserted between the layers forming, respectively layered moldings be such an additional layer only in one of Form sections is located and not in the transition area extends. As a result, the additional layer does not have to be reshaped and yet stabilizes the corresponding mold section due to a foreseen higher burden of stabilization requirement.

Durch den Aufbau des Schicht-Verbundbauteils mit geschichteten Formlingen ist es möglich, auch Bauteile mit komplizierter Geometrie zu realisieren. Für die lastgerechte Dimensionierung bei gleichzeitig reduziertem Bauteilgewicht sorgt die in den entsprechend unter Last stehenden Formabschnitt eingefügte Zusatzschicht. Dabei erstreckt sich die Zusatzschicht vorteilhaft nicht in den Übergangsbereich, so dass sie dieser Umformung nicht unterzogen werden muss.By the structure of the layer composite component with layered moldings It is also possible to have components with complicated geometry to realize. For the load-compatible dimensioning At the same time, the component weight is reduced accordingly under load standing mold section inserted additional layer. In this case, the additional layer advantageously does not extend into the transition region, so that they do not have to undergo this transformation.

Die Formlinge, die beispielsweise Metallschicht-Formlinge sein können, werden über die dazwischen liegenden Nicht-Metallschichten des Verbundschichtaufbaus verbunden, wobei die Nicht-Metallschichten aus einem Kunststoffmaterial sein können oder vorzugsweise aus einer faserverstärkten Kunststoffmatrix gebildet werden. Alternativ kann die Nicht-Metallschicht einfach durch einen zwischen die Metallschicht-Formlinge eingebrachten Klebstoff oder aus einer mit Klebstoff beschichteten Kunststoffschicht bestehen. Die mit Klebstoff beschichtete Kunststoffschicht kann eine mit Klebstoff beschichtete faserverstärkte Kunststoffmatrix sein. Die faserverstärkte Kunststoffmatrix kann im Falle einer Beschädigung des Bauteils die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Risses minimieren.The Moldings, which may be metal sheet moldings, for example, be over the intervening non-metal layers the composite layer structure, wherein the non-metal layers may be made of a plastic material or preferably be formed of a fiber-reinforced plastic matrix. Alternatively, the non-metal layer can be easily replaced by an intermediate the metal layer moldings introduced adhesive or from a consist of adhesive-coated plastic layer. With Adhesive-coated plastic layer can be one with adhesive coated fiber reinforced plastic matrix. The fiber reinforced plastic matrix can be damaged in case of damage of the component minimize the propagation velocity of a crack.

Die Nicht-Metallschicht aus einem Kunststoffmaterial oder aus einer faserverstärkten Kunststoffmatrix kann ebenfalls als vorgeformtes Halbzeug vorliegen, dessen Form den Metallschicht-Formlingen entspricht, so dass der Schichtaufbau durch abwechselnd ineinander gefügte Metallschicht-Formlinge und vorgeformte Kunststoffhalbzeuge bereitgestellt sein kann. Die in einen der Formabschnitte eingefügte Zusatzschicht kann dabei wahlweise aus einem Metall bestehen, beispielsweise Aluminium oder Stahl, oder aus einem Kunststoff beziehungsweise einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein. Dabei werden Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium oder faserverstärkter Kunststoff bevorzugt, um das Gesamtgewicht des Bauteils nicht zu erhöhen. Die Metallschicht-Formlinge können im Übrigen aus einem Stahl oder Aluminiumblech gefertigt sein.The Non-metal layer of a plastic material or of one Fiber reinforced plastic matrix can also be preformed Semi-finished products are present whose shape corresponds to the metal layer moldings, so that the layer structure by alternately merged into each other Metal layer moldings and preformed plastic semi-finished products provided can be. The inserted in one of the mold sections additional layer can optionally consist of a metal, for example aluminum or steel, or of a plastic or a fiber-reinforced Be made of plastic. Here are lightweight materials such Aluminum or fiber reinforced plastic is preferred to not to increase the total weight of the component. The metal layer moldings Incidentally, made of a steel or aluminum sheet be made.

Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schicht-Verbundbauteils, welches in einem ersten Schritt das Umformen der Mehrzahl von Metallschichten zu Formlingen umfasst. Jeder Formling wird mit einem entsprechenden ersten und zweiten Formabschnitt sowie dem dazugehörigen Übergangsbereich ausgebildet. Die Bildung des Schichtaufbaus für das Schicht-Verbundbauteil erfolgt, indem die Formlinge abwechselnd mit einer Nicht-Metallschicht ineinander angeordnet werden. Das Formen der Metallschicht-Formlinge kann problemlos mit herkömmlichen Umformverfahren realisiert werden. Stehen entsprechend umformbare Nicht-Metallschichten zur Verfügung, kann auch ein Schichtaufbau, der die Metall- und Nicht-Metallschichten abwechselnd flächig deckend umfasst, dem Umformschritt zu Formlingen unterzogen werden.A Another embodiment relates to a method for producing such a composite layer component, which in a first step of forming the plurality of metal layers to moldings. Each molding will come with a corresponding formed first and second mold portion and the associated transition region. The formation of the layer structure for the composite layer component takes place by the moldings alternately with a non-metal layer be arranged one inside the other. Shaping the metal layer moldings Can be easily realized with conventional forming processes become. Are accordingly formable non-metal layers to May also be a layered structure containing the metal and non-metal layers alternately covering opaque, the Forming step are subjected to molding.

Allerdings sind vor allem die faserverstärkten Kunststoffe herkömmlichen Umformverfahren nicht oder nur eingeschränkt zugänglich. Um nun bestimmte Formabschnitte, die höhere Belastungen aushalten müssen, zusätzlich zu stabilisieren, erfolgt das Einfügen von einer oder mehreren Zusatzschichten in den Schichtaufbau. Die verstärkende Zusatzschicht erstreckt sich vorzugsweise nicht in den Übergangsbereich, sie muss somit nicht umgeformt werden und kann somit vorteilhaft aus einem Leichtbauwerkstoff mit minimierter Rissausbreitung wie einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sein.Indeed Above all, the fiber-reinforced plastics are conventional Forming process not or only partially accessible. To now certain sections of the form that endure higher loads need to stabilize, in addition to that Insertion of one or more additional layers in the Layer structure. The reinforcing additional layer extends preferably not in the transition area, she must thus can not be reshaped and thus can be advantageous from a Lightweight material with minimized crack propagation like a fiber reinforced Plastic be formed.

Schließlich wird die Herstellung des Verbunds der Schichten durch Anwenden eines Verbindungsmittels abgeschlossen. Dieser Schritt kann durch das Einbringen eines Adhäsivs realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine in dem Schichtverbund vorliegende Kunststoffschicht durch Erhitzen auf eine Schmelztemperatur des Kunststoffs zum Aufschmelzen gebracht werden, so dass beim wieder Abkühlen der Verbund zwischen den Metallschicht-Formlingen entsteht.After all the manufacture of the composite of the layers by applying a Connection means completed. This step can be through the Introducing an adhesive can be realized. alternative or additionally, one present in the layer composite Plastic layer by heating to a melting temperature of the Plastic be melted, so when again Cool the composite between the metal layer moldings arises.

Als weitere alternative Anwendung eines Verbindungsmittels kann insbesondere das Verbinden der Schichten durch eine Temperatur kontrollierte Aushärtung eines Klebstoffs erfolgen, der entweder allein oder als Beschichtung einer Kunststoffschicht mit oder ohne Faserverstärkung zwischen die Formlinge eingebracht ist. Unterstützt werden kann das Verbinden der Formlinge zu dem Verbundschichtaufbau durch Aufbringen von Druck auf die Schichten während des Verbindungsvorgangs. Denkbar ist allerdings auch eine Variante, in der das Verbinden ausschließlich durch Ausüben von Druck von statten geht.When Another alternative application of a connecting agent may in particular the joining of the layers controlled by a temperature Curing of an adhesive done either alone or as a coating of a plastic layer with or without fiber reinforcement is introduced between the moldings. Get supported For example, the bonding of the moldings to the composite layer structure can be achieved by Applying pressure to the layers during the bonding process. Conceivable is however also a variant, in which the connecting exclusively by applying pressure.

Schließlich bezieht sich eine Ausführungsform darauf, dass jeder Formling aus einer Metallschicht separat umgeformt wird, wobei der Übergangsbereich des Verbundbauteils realisiert wird, indem jeder Formling mit einem individuell festgelegten Biegeradius im Übergangsbereich umgeformt wird, so das ein Biegeradius eines weiter außen anzuordnenden Formlings größer ist als ein Biegeradius eines weiter innen angeordneten Formlings.After all An embodiment refers to each molding is formed from a metal layer separately, wherein the transition region the composite component is realized by each molding with a individually determined bending radius in the transition area is transformed, so that a bending radius of a farther out to be arranged molding is greater than a bending radius a further inside arranged molding.

Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem verbesserten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Of the Referring to the figures in the description, the improved Understanding of the subject. Objects or Parts of objects that are essentially the same or similar may be provided with the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment the invention.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine perspektivische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Schicht-Verbundbauteils, 1 a perspective partial sectional view of a layer composite component according to the invention,

2a eine Schnittansicht des Schicht-Verbundbauteils und 2a a sectional view of the composite layer component and

2b eine vergrößerte Detaildarstellung der Schnittansicht aus 2a. 2 B an enlarged detail the sectional view 2a ,

Generell sind vor allem aus dem Flugzeugbau Metallverbundschicht-Halbzeuge bekannt, mit denen vor allem die Rumpfsegmente erstellt werden. Dabei findet als Nichtmetall-Schicht ein „Prepreg” (pre-impregnated fibers) genanntes Halbzeug aus Endlosfasern, die mit ungehärtetem duroplastischen Kunststoff getränkt sind, Verwendung. Die Aushärtung des Kunststoffs erfolgt bei hohen Temperaturen, beispielsweise im Autoklaven. Die hauptsächlich verwendeten Fasern umfassen dabei Glasfasern, Kohlenstofffasern und Aramidfasern. Durch eine geeignete Auswahl von Harztyp (beispielsweise auf Epoxid-Harzbasis oder Vinyl-Esterbasis) und Aushärtetemperatur kann die Einsatztemperatur des aus Prepreg hergestellten Werkstücks beeinflusst werden. Die Verarbeitung der Prepregs erfolgt gemäß einer Heißpresstechnik oder im Autoklaven. Ein solches Prepreg-Halbzeug kann in der vorliegenden Erfindung geeignet sein, als Nicht-Metallschicht oder Zusatzschicht verwendet zu werden.As a general rule are mainly from the aircraft metal composite layer semi-finished products known, with which especially the fuselage segments are created. there finds as a non-metal layer a "prepreg" (pre-impregnated fibers) called semifinished products from continuous fibers, those with unhardened thermosetting plastic are soaked, use. The Curing of the plastic takes place at high temperatures, for example in the autoclave. The main fibers used include including glass fibers, carbon fibers and aramid fibers. By a suitable choice of resin type (for example epoxy resin based or vinyl ester base) and curing temperature, the Operating temperature of the prepreg produced workpiece to be influenced. The processing of the prepregs is carried out according to a hot pressing technique or in an autoclave. Such a prepreg semifinished product can be used in the present Be suitable for the invention, as a non-metal layer or additional layer to be used.

Ein erfindungsgemäßes Schicht-Verbundbauteil kann eine komplexe Geometrie aufweisen, so dass ein höherer Umformgrad nötig sein kann. Um diesen zu erhalten, besteht das Schicht-Verbundbauteil aus einer Mehrzahl von Metallschichten und Nicht-Metallschichten und wird aus Formlingen aufgebaut, von denen jeder in der entsprechenden komplexen Geometrie ausgeformt ist und dabei einen oder mehrere Formabschnitte aufweist, die über einen Übergangsbereich verbunden sind. Dieser Übergangsbereich weist dabei den höheren Umformgrad mit einem kleinen Krümmungsradius zwischen den Formabschnitten auf.One Inventive composite layer component can have a complex geometry, so that a higher Forming degree may be necessary. To obtain this, there is the composite layer component of a plurality of metal layers and non-metal layers and is constructed from moldings of each one formed in the corresponding complex geometry is and has one or more mold sections over a transition area are connected. This transition area has the higher degree of deformation with a small radius of curvature between the mold sections.

Um nun den verschiedenen Belastungsansprüchen des Bauteils gerecht zu werden, wird in zumindest einen Formabschnitt eine Zusatzschicht eingebracht, die den entsprechenden Formabschnitt verstärkt, ohne jedoch das Gesamtgewicht des Bauteils übermäßig zu erhöhen. Damit kann auch an Formabschnitten, die keine Lastbeanspruchung aufweisen, Werkstoff eingespart werden. Die verschiedenen Formabschnitte können somit durch Einfügen verschiedener Zusatzschichten verschiedene Schichtanzahlen aufweisen, die sich je nach Bedarf auch in ihrer Fügefolge unterscheiden können, das heißt, dass eine Zusatzschicht in einem Formabschnitt an einer Stelle in der Schichtenfolge des Verbundbauteils eingefügt sein kann, während eine zweite Zusatzschicht in einem anderen Formabschnitt an einer anderen Stelle innerhalb der Schichtenfolge integriert sein kann. Diese Zusatzschicht kann dabei je nach Bedarf aus einem Stahl hergestellt sein oder vorteilhaft aus einem Leichtbauwerkstoff wie Aluminium oder einem faserverstärktem Kunststoff gebildet sein. Dies trägt zur Verringerung des Gesamtgewichts des Bauteils bei gleichzeitiger Gewährleistung der Belastbarkeit bei. Diese Zusatzschicht erstreckt sich dabei nicht in den Übergangsbereich, sondern ist auf einen der Formabschnitte begrenzt und muss daher nicht dem Umformschritt für den Übergangsbereich unterzogen werden. Ein solches Verbundbauteil kann beispielsweise für Aufnahmepunkte im Teilrahmen der Aufhängung von Motor und Getriebe oder als Bremstopf zur Befestigung der Bremsscheibe an der Achse vorgesehen sein. Durch die erfindungsgemäße Zusatzschicht wird die Lebensdauer des Bauteils vergrößert, da bei einer Rissbildung im Betrieb des Bauteils eine schnelle Ausbreitung desselben verhindert wird.Around now the different load demands of the component To be fair, in at least one mold section is an additional layer introduced, which reinforces the corresponding molding section, but without the overall weight of the component being excessive to increase. This can also be at mold sections that no Have load stress, material can be saved. The different Form sections can thus by inserting different Additional layers have different numbers of layers that are can also distinguish their joining sequence as required that is, an additional layer in a mold section inserted at a position in the layer sequence of the composite component while a second additional layer may be in another mold section integrated at another point within the layer sequence can be. This additional layer can be as needed from a Be made of steel or advantageously made of a lightweight material formed as aluminum or a fiber reinforced plastic be. This helps to reduce the overall weight of the Component while ensuring the capacity at. This additional layer does not extend into the transition region, but is limited to one of the mold sections and therefore must not the forming step for the transition area be subjected. Such a composite component, for example for mounting points in the subframe of the suspension of engine and gearbox or as a brake pot for mounting the brake disc be provided on the axis. By the invention Additional layer increases the life of the component, there is a rapid spread during cracking during operation of the component the same is prevented.

Bei der Herstellung des Schicht-Verbundbauteils werden hohe Umformgrade des Übergangsbereichs vor allem dort realisiert, wo metallische Schichten, insbesondere Schichten aus einem Stahl, eingesetzt werden. Denkbar ist allerdings auch die Verwendung von Aluminiumschichten, die einer Umformung unter Wärmezufuhr zugänglich sind. Ansonsten kann die Umformung der Metallschichten zu den Formlingen durch Tiefziehen, Drücken oder Kragenziehen erfolgen.at The production of the composite layer component are high degrees of deformation especially where metallic layers, especially layers of a steel, are used. Conceivable However, it is also the use of aluminum layers, the one Forming under heat supply are accessible. Otherwise can the forming of the metal layers to the moldings by deep drawing, Press or collar pull done.

Um nun den Geometrieunterschied der einzelnen Formlinge, die ineinander anzuordnen sind, im Übergangsbereich zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Formlinge mit einem Umformwerkzeug herzustellen, das mit einer Mehrzahl von Adapterelementen ausgestattet werden kann. Diese Adapterelemente sorgen dafür, dass jeder Formling entsprechend seiner Lage im Verbundbauteil mit dem korrekten, individuellen Biegeradius im Übergangsbereich umgeformt wird. Mit einem solchen Werkzeug zum Zugdruck-Umformen können auch Leichtmetalle wie Aluminium umgeformt werden. Die Adapterelemente zur Ausprägung der Biegeradien im Übergangsbereich können in Härte und Oberflächenbeschaffenheit einem Standardumformwerkzeug wie einem Stempel, einer Matrize oder einem Ziehring entsprechen und damit für eine qualitativ hochwertige Umformung garantieren.Around now the difference in geometry of the individual moldings, the one inside the other to be placed in the transition area, is inventively provided, the moldings to produce with a forming tool having a plurality of Adapter elements can be equipped. These adapter elements Make sure that every molding is according to its location in the composite component with the correct, individual bending radius in the transition area is transformed. With such a tool for train pressure forming It is also possible to transform light metals such as aluminum. The adapter elements for the expression of the bending radii in the transition area can in hardness and surface texture a standard forming tool such as a punch, a die or correspond to a drawing ring and thus for a qualitative guarantee high quality forming.

Mit den umgeformten Metallschicht-Formlingen wird durch Einfügen der Nichtmetall-Schichten der Schichtaufbau des Verbundbauteils hergestellt. Sind die Nichtmetall-Schichten ebenfalls im Tiefziehvorgang umformbar, können diese entweder zusammen mit den Metallschichten umgeformt werden, andernfalls können sie als separat vorgeformte Halbzeuge in die Metallschicht-Formlinge eingefügt werden oder gegebenenfalls bei flexiblen Nichtmetall-Schichten sich den Formlingen anpassen. Die Nichtmetall-Schichten bestehen im einfachsten Fall aus einem Klebstoff, der die Metallschichten miteinander verbindet, oder aus einem Kunststoff, der beispielsweise folienförmig zwischen die Metallschichten eingebracht werden kann, wobei der Verbund dann durch Temperaturbeaufschlagung und Schmelzen der Folie mit nachfolgendem Erkalten und Erstarren des Kunststoffs herstellt wird.With the formed metal layer moldings, the layer structure of the composite component is produced by inserting the non-metal layers. If the non-metal layers are also formable in the thermoforming process, they can either be formed together with the metal layers, otherwise they can be incorporated as separately preformed semi-finished products in the metal layer moldings or optionally adapt to the moldings in flexible non-metal layers. The non-metal layers are in the simplest case of an adhesive that connects the metal layers together, or of a plastic that can be introduced, for example, sheet-like between the metal layers, the composite then by temperature and melting zen the film is produced with subsequent cooling and solidification of the plastic.

Im Hinblick auf die Belastbarkeit des Verbundbauteils ist jedoch der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen vorteilhaft, wobei diese als Halbzeug mit einem Kleber beschichtet zwischen den Metallschicht-Formlingen den Verbund durch aushärten Lassen bei Temperaturbeaufschlagung und unter Umständen durch mechanische Druckeinwirkung auf das Bauteil herstellen können. Alternativ kann ein Verbund der Metallschicht-Formlinge hergestellt werden, indem zwischen die Formlinge ein mit ungehärtetem Kunststoff getränktes Fasergewirk eingelegt wird, welches bei erhöhter Temperatur und mechanischem Druck auf das Bauteil aushärten gelassen wird.in the However, with regard to the load capacity of the composite component is the Use of fiber-reinforced plastics advantageous, this being coated as semi-finished with an adhesive between the Metal layer moldings by allowing the composite to cure at temperature and possibly by can produce mechanical pressure on the component. Alternatively, a composite of the metal layer moldings can be produced be by placing between the moldings one with unhardened Plastic impregnated Fasergewirk is inserted, which at elevated temperature and mechanical pressure on the Component is allowed to cure.

Bevor der Verbund der Schichten hergestellt wird, wird zur Erhöhung der Belastbarkeit in zumindest einen der Formabschnitte eine Zusatzschicht eingefügt, die entweder eine zusätzliche Metallschicht oder eine zusätzliche Nicht-Metallschicht darstellt.Before The composite of the layers is made, is to increase the load capacity in at least one of the mold sections inserted an additional layer, which either an extra metal layer or an additional Represents non-metal layer.

Um die einzelnen Metallschicht-Formlinge besser ineinander fügen zu können, können die Kontaktflächen der einzelnen Formlinge abgerundet oder angefast sein.Around the individual metal layer moldings fit together better To be able to, the contact surfaces the individual moldings be rounded or chamfered.

Weitere Formgebungsschritte, die beispielsweise zu Öffnungen in der Struktur durch Bohrungen oder Kiemen führen, können einerseits in die unverformten Schichten an Stellen eingebracht werden, die nicht oder nur wenig umgeformt werden, oder alternativ nach Beendigung der Umformung und der Herstellung des Verbundes ausgeführt werden. Öffnungen wie Löcher und Schlitze können dann auch an stärker verformten Stellen vorgenommen werden.Further Shaping steps, for example, to openings in the structure through holes or gills can lead on the one hand introduced into the undeformed layers in places which are not or only slightly reshaped, or alternatively after completion of the forming and the production of the composite be executed. Openings like holes and slots can then also on more deformed Jobs are made.

1 zeigt ein solches Schicht-Verbundbauteil 10, wie es beispielsweise als Bremstopf zum Einsatz kommt. Die Formabschnitte 1, 2 werden einerseits durch die umlaufende Zylinderwand 2, andererseits durch eine den Zylinder abschließende Stirnfläche 1 gebildet. Zwischen der kreisförmigen Stirnfläche 1, die den ersten Formabschnitt darstellt, und der Zylinderwand 2, die den zweiten Formabschnitt bildet, ist der Übergangsbereich 3 als abgerundete Kante ersichtlich. Zur Andeutung des Schichtaufbaus ist das Schicht-Verbundbauteil 10 bis zu seiner Mittelachse A-A aufgeschnitten, so dass in der Zylinderwand 2 die Zusatzschicht 4 ersichtlich wird. 1 shows such a composite layer component 10 , as used for example as a brake pot. The mold sections 1 . 2 on the one hand by the circumferential cylinder wall 2 on the other hand, by a cylinder-closing end face 1 educated. Between the circular end face 1 , which represents the first mold section, and the cylinder wall 2 forming the second mold section is the transition area 3 as a rounded edge visible. To suggest the layer structure is the composite layer component 10 sliced up to its central axis AA, so that in the cylinder wall 2 the additional layer 4 becomes apparent.

Deutlicher wird dies aus 2a und 2b, die den Schichtaufbau des Verbundbauteils 10 vergrößert darstellen. In 2a liegt ein Krümmungsradius α mit 90° zwischen dem ersten Formabschnitt, der Zylinderstirnfläche 1 und dem zweiten Formabschnitt, der Zylinderseitenwand 2, vor. Deutlich wird hier auch die eingefügte Zusatzschicht 4, die sich nicht in den Übergangsbereich 3 erstreckt. Die Zusatzschicht 4 liegt bei dem vorliegenden Bauteil 10 als zylindrisches Zusatzschichtelement vor und kann während des Herstellungsprozesses mittels eines Greifers zwischen die Metallschicht-Formlinge positioniert werden. Dabei kann das zylindrische Zusatzschichtelement 4 über die Ränder der zylindrischen Bauteilseitenwand 2 hinausragen, so dass es während des gesamten Herstellungsprozesses von dem Greifer gehalten werden kann. Nachdem der Verbund hergestellt wurde, kann der Überstand des zylindrischen Zusatzschichtelements 4 abgeschnitten werden.This becomes clearer 2a and 2 B showing the layer structure of the composite component 10 enlarged represent. In 2a is a radius of curvature α at 90 ° between the first mold portion, the cylinder end face 1 and the second mold section, the cylinder sidewall 2 , in front. The inserted additional layer becomes clear here as well 4 who are not in the transition area 3 extends. The additional layer 4 lies with the present component 10 as a cylindrical additional layer element and can be positioned during the manufacturing process by means of a gripper between the metal layer moldings. In this case, the cylindrical additional layer element 4 over the edges of the cylindrical component side wall 2 protrude so that it can be held by the gripper during the entire manufacturing process. After the composite has been produced, the supernatant of the cylindrical additional layer element 4 be cut off.

2b zeigt in einem noch vergrößerten Maßstab den Aufbau des Schicht-Verbundbauteils 10, das vorliegend aus vier Formlingen 11, 12, 13, 14 aufgebaut ist, wobei zwischen dem ersten Formabschnitt 1 und dem zweiten Formabschnitt 2 ein Krümmungsradius α von 90° gebildet ist. In dem zweiten Formabschnitt 2 befindet sich die Zusatzschicht 4. In 2b ist nun ersichtlich, dass sich im Übergangsbereich 3 die Biegeradien β, βa, βi der einzelnen Formlinge 11, 12, 13, 14 unterscheiden, wobei ein Biegeradius βa im Übergangsbereich 3 des außen liegenden Formlings 11 größer ist als ein Biegeradius βi eines innen liegenden Formlings 14. Die Biegeradien β der dazwischen liegenden Formlinge 12, 13 nehmen entsprechend ihrer Positionierung von innen nach außen zu. Mit den individuell festgelegten Biegeradien β, βa, βi für jeden der Formlinge 11, 12, 13, 14 wird gewährleistet, dass im Übergangsbereich 3 ein gleich bleibendes Spaltmaß zwischen den einzelnen Formlingen 11, 12, 13, 14 erhalten bleibt, in das die Nichtmetall-Schichten zur Herstellung des Verbunds eingefügt werden können. 2 B shows on an even larger scale the structure of the composite layer component 10 , in the present case of four moldings 11 . 12 . 13 . 14 is constructed, wherein between the first mold section 1 and the second mold section 2 a radius of curvature α of 90 ° is formed. In the second mold section 2 is the additional layer 4 , In 2 B is now apparent that in the transition area 3 the bending radii β, β a , β i of the individual moldings 11 . 12 . 13 . 14 differ, wherein a bending radius β a in the transition region 3 of the external molding 11 is greater than a bending radius β i of an internal molding 14 , The bending radii β of the intermediate moldings 12 . 13 increase according to their positioning from inside to outside. With the individually determined bending radii β, β a , β i for each of the blanks 11 . 12 . 13 . 14 will ensure that in the transition area 3 a consistent gap between the individual moldings 11 . 12 . 13 . 14 remains, into which the non-metal layers can be inserted for the production of the composite.

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Claims (8)

Schicht-Verbundbauteil (10) aus einem Verbund-Schichtaufbau, der eine Mehrzahl von Metallschichten und Nichtmetall-Schichten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Schicht-Verbundbauteil (10) geschichtete Formlinge (11, 12, 13, 14) enthält, von denen jeder durchgängig zumindest einen ersten Formabschnitt (1), einen Übergangsbereich (3) und einen zweiten Formabschnitt (2) aufweist, wobei der Übergangsbereich (3) eine Krümmung mit einem Krümmungsradius (α) aufweist, und wobei zwischen zumindest zwei Formlinge (11, 12, 13, 14) in zumindest einen Formabschnitt der ersten und zweiten Formabschnitte (1, 2) eine Zusatzschicht (4) eingefügt ist, die sich nicht in den Übergangsbereich (3) erstreckt.Layer composite component ( 10 ) of a composite layer structure comprising a plurality of metal layers and non-metal layers, characterized in that the composite layer component ( 10 ) layered moldings ( 11 . 12 . 13 . 14 ), each of which comprises at least one first molding section ( 1 ), a transitional area ( 3 ) and a second mold section ( 2 ), the transition region ( 3 ) has a curvature with a radius of curvature (α), and wherein between at least two moldings ( 11 . 12 . 13 . 14 ) in at least one mold section of the first and second mold sections ( 1 . 2 ) an additional layer ( 4 ) which is not in the transitional area ( 3 ). Schicht-Verbundbauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzschicht (4) aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium oder Stahl, oder aus einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff ist.Layer composite component ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the additional layer ( 4 ) is made of a metal, in particular of aluminum or steel, or of a plastic or a fiber-reinforced plastic. Schicht-Verbundbauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht-Formlinge aus einem Stahl oder aus Aluminium bestehen.Layer composite component ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the metal layer moldings are made of a steel or aluminum. Schicht-Verbundbauteil (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nichtmetall-Schichten aus einem Kunststoff, aus einer faserverstärken Kunststoffmatrix, aus Klebstoff oder aus einem Klebstoff beschichteten Kunststoff oder aus einer Klebstoff beschichteten faserverstärken Kunststoffmatrix bestehen.Layer composite component ( 10 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the non-metal layers consist of a plastic, of a fiber-reinforced plastic matrix, of adhesive or of an adhesive-coated plastic or of an adhesive-coated fiber-reinforced plastic matrix. Verfahren zur Herstellung eines Schicht-Verbundbauteils (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte des – Umformens der Mehrzahl von Metallschichten zu Formlingen (11, 12, 13, 14), die erste und zweite Formabschnitte (1, 2) mit jeweiligen Übergangsbereichen (3), bilden, – Bildens eines Schichtaufbaus mit den Formlingen (11, 12, 13, 14), – Einfügens von zumindest einer Zusatz-Schicht (4) in den Schichtaufbau, wobei sich die Zusatz-Schicht (4) nicht in den Übergangsbereich (3) erstreckt, und – Verbindens der Schichten des Schichtaufbaus durch Anwenden eines Verbindungsmittels.Method for producing a composite layer component ( 10 ) according to at least one of claims 1 to 4, comprising the steps of - transforming the plurality of metal layers into moldings ( 11 . 12 . 13 . 14 ), the first and second mold sections ( 1 . 2 ) with respective transition areas ( 3 ), - forming a layer structure with the moldings ( 11 . 12 . 13 . 14 ), - inserting at least one additional layer ( 4 ) in the layer structure, wherein the additional layer ( 4 ) does not enter the transitional area ( 3 ), and - bonding the layers of the layer structure by applying a bonding agent. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Anwenden eines Verbindungsmittels – das Einbringen eines Adhäsivs, und/oder – das Aufbringen einer Schmelztemperatur zum Aufschmelzen von in dem Schichtverbund vorliegenden Kunststoffschichten und abkühlen Lassen, und/oder – das temperaturkontrollierte aushärten Lassen des Klebstoffs, insbesondere des zwischen die Formlinge eingebrachten Klebstoffs oder des Klebstoffs, mit dem die Kunststoffschichten beschichtet sind, – und oder das Aufbringen eines Druckes umfasst, so dass der Schichtaufbau verbunden wird.The method of claim 5, wherein applying a connection means The introduction of an adhesive, and or - Applying a melting temperature for melting plastic layers present in the layer composite and let cool, and / or - the temperature-controlled Let the adhesive, especially the between the moldings introduced adhesive or adhesive, with the the plastic layers are coated, - and or the application of a pressure comprises, so that the layer structure is connected. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Umformen der Mehrzahl von Metallschichten zu Formlingen (11, 12, 13, 14), für jede Metallschicht separat erfolgt.A method according to claim 5 or 6, wherein the forming of the plurality of metal layers into blanks ( 11 . 12 . 13 . 14 ), for each metal layer is done separately. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das separate Umformen ein Herstellen des Übergangsbereichs (3) mit einem individuell festgelegten Biegeradius (β, βi, βa) für jeden Formling (11, 12, 13, 14) erfolgt.The method of claim 7, wherein the separate forming comprises establishing the transition region (FIG. 3 ) with an individually determined bending radius (β, β i , β a ) for each blank ( 11 . 12 . 13 . 14 ) he follows.
DE102009017295A 2009-04-11 2009-04-11 Layer composite component comprises composite layer construction having metal- and non-metal layers and stacked blanks, where each blank has a first mold section, a transition section and a second mold section Withdrawn DE102009017295A1 (en)

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