DE102010020793A1 - Assembly making connection to vehicle bodywork, comprises pultruded composite component with undercut section cast-into light alloy component - Google Patents

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Abstract

The end section (22) of the fibrous composite component (24) is cast-into a light alloy molding (26). The end of the fibrous composite is pre-shaped for interlocking, especially being undercut (28). The fibrous composite has local curvature. To make the assembly, the composite is formed by pultrusion and its end region is laid in a casting mold. Metal is cast around the end region, to form the cast component (26). Before laying into the mold, the undercut is molded into the end region. During metal casting around it, the composite is cooled. Curvature is introduced into the fibrous composite component during pultrusion. During casting-in, a hollow chamber in the fibrous component is sealed. An independent claim IS INCLUDED FOR the method of manufacture.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Faserverbundbauteils mit einem Gussbauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung.The The invention relates to a connection arrangement of a fiber composite component with a cast component according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a connection arrangement.

Im Rahmen von Leichtbaubestrebungen im modernen Kraftwagenbau finden zunehmen Faserverbundkunststoffe Anwendung als Karosseriebauteile. Zum Herstellen von Streben, Trägerteilen und dergleichen ist insbesondere die so genannte Pultrusionstechnik geeignet. Ein Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugrahmenkomponenten unter Einsatz der Pultrusionstechnik ist aus der DE 196 24 267 A1 bekannt. Bei einem solchen Verfahren werden Fasern beziehungsweise Faserbündel mit einem Harzmaterial getränkt und durch ein Formwerkzeug gezogen. Durch eine Öffnung des Formwerkzeugs wird die gewünschte Querschnittsgestalt des pultrudierten Bauteils erzeugt. Nach Austritt aus dem Werkzeug wird das so geformte harzgetränkte Faserbündel in einem Härtungsofen ausgehärtet. Durch die Pultrusion werden Faserverbundbauteile mit besonders gut ausgerichteten Endlosfasern erhalten.Within the framework of lightweight construction efforts in modern motor vehicle construction, fiber composite plastics are increasingly being used as body components. For producing struts, support parts and the like, in particular the so-called pultrusion technique is suitable. A method for manufacturing vehicle frame components using the pultrusion technique is known from US 5,156,055 DE 196 24 267 A1 known. In such a method, fibers or fiber bundles are impregnated with a resin material and pulled through a molding tool. Through an opening of the mold, the desired cross-sectional shape of the pultruded component is generated. After leaving the mold, the resin-impregnated fiber bundle thus formed is cured in a curing oven. By pultrusion fiber composite components are obtained with particularly well-aligned continuous fibers.

Um derartige Pultrusionsprofile mit weiteren Komponenten einer Kraftwagenkarosserie zu verbinden, müssen entweder Buchsen in die Endbereiche der Profilbauteile eingepresst oder eingeklebt werden, über welche dann eine Verbindung realisiert werden kann, oder die Pultrusionsprofile unmittelbar mit den weiteren Bauteilen verklebt werden. Während die Faserverbundbauteile eine besonders gute Festigkeit, insbesondere eine besonders gute Zugfestigkeit, aufweisen, sind die Verbindungen zwischen solchen Faserverbundbauteilen und weiteren Karosseriekomponenten aufgrund der Verklebung oftmals nicht besonders stark.Around Such Pultrusionsprofile with other components of a motor vehicle body To connect, either jacks must be in the end areas of the Profile components are pressed or glued over which then a connection can be realized, or the Pultrusionsprofile glued directly to the other components. While the fiber composite components a particularly good strength, in particular have a particularly good tensile strength, are the compounds between such fiber composite components and other body components Due to the bonding often not very strong.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welche eine besonders stabile Verbindung zwischen Faserverbundbauteilen und weiteren Karosseriebauteilen ermöglicht. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung zu entwickeln.Of the The present invention is therefore based on the object, a connection arrangement according to to provide the preamble of claim 1, which a particularly stable connection between fiber composite components and allows further body components. The invention is still the object of a method for manufacturing to develop such a connection arrangement.

Bei einer derartigen Verbindungsanordnung ist ein Faserverbundbauteil, insbesondere ein Pultrusionsprofil, mit einem Gussbauteil, insbesondere einem Leichtmetallgussbauteil, einer Kraftwagenkarosserie verbunden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Endbereich des Faserverbundbauteils in das Gussbauteil eingegossen ist. Damit wird ein besonders fester stoffschlüssiger Verbund zwischen dem Faserverbundbauteil und dem Leichtmetallgussbauteil hergestellt, der sich zudem über eine große Kontaktfläche erstreckt, so dass eingebrachte Kräfte besonders gut aufgenommen werden können. Eine solche Verbindungsanordnung ist daher besonders stabil. Durch eine Volumenschrumpfung des Gussbauteils beim Eingießen des Faserverbundbauteils wird zudem ein zusätzlicher Kraftschluss erzeugt, der hier die Verbindung zusätzlich stabilisiert.at Such a connection arrangement is a fiber composite component, in particular a pultrusion profile, with a cast component, in particular a Leichtmetallgussbauteil, a motor vehicle body connected. According to the invention, it is provided that an end region of the fiber composite component is cast into the cast component. In order to is a particularly strong cohesive bond between the Fiber composite component and the Leichtmetallgussbauteil produced, which also has a large contact area extends, so that introduced forces especially well received can be. Such a connection arrangement is therefore especially stable. By a volume shrinkage of the cast component when pouring the fiber composite component is also a generates additional adhesion, here the connection additionally stabilized.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Endbereich des Faserverbundbauteils wenigstens ein Formschlusselement, insbesondere einen Hinterschnitt (oder auch eine Bohrung) auf. Hierdurch wird ein zusätzlicher Formschluss zwischen dem Faserverbundbauteil und dem Gussbauteil erzeugt, der die Haltbarkeit der Verbindungsanordnung weiter verbessert. Durch die geeignete Wahl der Geometrie des Formschlusselementes kann die Verbindung auf die zu erwartenden Krafteinwirkungsrichtungen hin optimiert werden.In a further preferred embodiment of the invention the end region of the fiber composite component has at least one interlocking element, in particular an undercut (or a bore) on. hereby is an additional positive connection between the fiber composite component and produced the cast component, the durability of the connection assembly further improved. By the appropriate choice of the geometry of the positive locking element can the connection on the expected directions of force to be optimized.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Faserverbundbauteil zumindest bereichsweise eine Krümmung auf. Eine solche Krümmung kann bereits beim Herstellen des Pultrusionsprofils auch kontinuierlich eingebracht werden, so dass spätere Umformschritte, wie sie beispielsweise bei metallischen Profilen für Fahrzeugkarosserien notwendig sind, entfallen können.In Another preferred embodiment, the fiber composite component at least partially a curvature. Such Curvature can already occur during production of the pultrusion profile also be introduced continuously, so that later Forming steps, as for example in metallic profiles are necessary for vehicle bodies, can be omitted.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung eines Faserverbundbauteils, insbesondere eines Pultrusionsprofils, mit einem Gussbauteil, insbesondere einem Leichtmetallgussbauteil, einer Kraftwagenkarosserie. Hierbei wird zunächst das Faserverbundbauteil durch Pultrusion hergestellt. Hierbei können übliche Fasern und Harze beziehungsweise Kunststoffmatrizes Anwendung finden, wobei sich zum Umgießen des Endbereichs insbesondere die Verwendung von hochtemperaturfesten Kunststoffen, wie beispielsweise PBO, anbietet.The The invention further relates to a method for producing a connection arrangement a fiber composite component, in particular a pultrusion profile, with a cast component, in particular a light metal cast component, a motor vehicle body. Here, first, the fiber composite component produced by pultrusion. This can usual Fibers and resins or plastic matrices find application, wherein for the casting over of the end region in particular the Use of high-temperature resistant plastics, such as PBO, offers.

Das fertig ausgehärtete Faserverbundbauteil wird anschließend mit einem Endbereich in eine Gießform eingelegt. Der Endbereich wird im abschließenden Verfahrensschritt mit einem Metall beziehungsweise mit einer Metalllegierung unter Ausbildung des Gussbauteils umgossen.The Completely cured fiber composite component is subsequently inserted with an end portion in a mold. The end area becomes in the final process step with a metal or with a metal alloy to form the cast component cast around.

Mit einem derartigen Verfahren wird auf einfache und schnelle Weise ein besonders haltbarer Verbund zwischen einem Metallbauteil und einem Faserverbundbauteil hergestellt.With Such a method will be simple and fast a particularly durable bond between a metal component and produced a fiber composite component.

Zur Verbesserung der Haltbarkeit der so hergestellten Verbindungsanordnung ist es zweckmäßig, vor dem Einlegen in die Gießform eine Formschlusskontur im Endbereich des Faserverbundbauteils einzuformen. Dies kann durch Einkerben, Abtrennen, Bohren eines Teilbereichs oder dergleichen geschehen.In order to improve the durability of the connection arrangement produced in this way, it is expedient to form a form-fitting contour in the end region of the fiber composite component before insertion into the casting mold. This can be done by scoring, Ab disconnect, drilling a portion or the like happen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Faserverbundbauteil während des Umgießens gekühlt. Dies ermöglicht die Verwendung von weniger temperaturfesten Kunststoffen, die durch diese Kühlung dennoch den Temperaturen und Drücken beim Umgießen des Endbereichs mit dem Metall beziehungsweise der Metalllegierung standzuhalten vermögen.In A preferred embodiment of the method is the Fiber composite component during the Umgießens cooled. This allows the use of less temperature-resistant Plastics that still cool due to this cooling and pressing while pouring the end with to withstand the metal or the metal alloy assets.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird während der Pultrusion eine Krümmung in das Faserverbundbauteil eingebracht. Das Einbringen der Krümmung während der Pultrusion, vorzugsweise noch vor Durchlaufen des Aushärteofens, spart spätere Umformschritte ein, so dass auch komplex geformte Faserverbundbauteile beziehungsweise Verbindungsanordnungen mit einem solchen Verfahren schnell und kostengünstig ausgeformt werden können.In a further preferred embodiment of the method becomes a curvature in the pultrusion during the pultrusion Fiber composite component introduced. The introduction of the curvature during pultrusion, preferably before going through of the curing oven, saves subsequent forming steps so that even complex shaped fiber composite components or Connection arrangements formed by such a method quickly and inexpensively can be.

Soll das Faserverbundbauteil als Hohlprofil ausgeformt werden, so ist es nötig, eine Hohlkammer des Faserverbundbauteils während des Umgießens mit einem Verschlusselement zu verschließen, um ein unkontrolliertes Eindringen der Metallschmelze in die Hohlkammern des Hohlprofils zu vermeiden.Should the fiber composite component are formed as a hollow profile, so is it is necessary, a hollow chamber of the fiber composite component during the Umgießens with a closure element to close an uncontrolled penetration of the molten metal into the hollow chambers to avoid the hollow profile.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:in the Following is the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. in this connection demonstrate:

1A bis C unterschiedliche Typen von Pultrusionsprofilen mit eingepressten Buchsen; 1A to C different types of pultrusion profiles with pressed bushes;

2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit einem Pultrusionsprofil mit Formschlusselement; und 2 an embodiment of a connection arrangement according to the invention with a Pultrusionsprofil with positive locking element; and

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit einem als Hohlprofil ausgebildeten Pultrusionsprofil. 3 a further embodiment of a connection arrangement according to the invention with a designed as a hollow profile Pultrusionsprofil.

Durch das Strangziehen beziehungsweise Pultrudieren, bei welchem ein Faserstrang mit Harz getränkt, durch eine Formdüse gezogen und in einem Härteofen ausgehärtet wird, lassen sich Faserverbundprofilbauteile in vielfältigen Profilformen herstellen. So zeigt 1A ein Pultrusionsprofil 10 in Form eines U-Profils, sowie 1B und C Pultrusionsprofile 12 in Form von Hohlprofilen. Bei den Profilen 10, 12 gemäß 1A und B sind die jeweiligen Endbereiche 14 noch zusätzlich beschnitten, um eine Anbindung der Profile 10, 12 an benachbarte Bauteile zu ermöglichen. Üblicherweise erfolgt die Anbindung derartiger Profile um Karosseriebau an benachbarte Karosseriebauteile über eingepresste beziehungsweise eingeklebte Buchsen 16, die sowohl eine Anbindung der Profile 10, 12 ermöglichen, als auch Setzerscheinungen der Profile verhindern sollen. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung derartiger Buchsen 16 können die Profilbauteile 10, 12 unmittelbar mit weiteren Bauteilen verklebt werden. Die Gesamtfestigkeit einer so hergestellten Verbindungsanordnung ist in der Regel durch die Festigkeit der Klebeverbindung limitiert.By pultrusion or Pultrudieren, in which a fiber strand impregnated with resin, pulled through a die and cured in a curing oven, fiber composite profile components can be produced in a variety of profile shapes. So shows 1A a pultrusion profile 10 in the form of a U-profile, as well 1B and C pultrusion profiles 12 in the form of hollow profiles. At the profiles 10 . 12 according to 1A and B are the respective end regions 14 additionally trimmed to a connection of the profiles 10 . 12 to allow adjacent components. Usually, the connection of such profiles to bodywork to adjacent body components via pressed or glued bushes 16 that provide both a connection of the profiles 10 . 12 allow as well as subsidence of the profiles should prevent. Alternatively or in addition to the use of such sockets 16 can the profile components 10 . 12 glued directly to other components. The overall strength of a connection arrangement produced in this way is generally limited by the strength of the adhesive bond.

2 und 3 zeigen daher alternative Verbindungsanordnungen, die insgesamt mit 20 bezeichnet sind. Die Verbindungsanordnungen 20 werden durch Umgießen eines Endbereichs 22 eines Pultrusionsprofils 24 mit einem Gussbauteil 26 erzeugt. Hierzu wird das Pultrusionsprofil 24 mit seinen Endbereichen eine Gussform, beispielsweise eine Leichtmetalldruckgussform eingelegt und in dieser Form mit der Metallschmelze umgossen, die dort in der gewünschten Geometrie des Bauteils 26 erstarrt. Gegebenenfalls muss das Pultrusionsprofil 24 hierbei noch gekühlt werden, um ein Aufschmelzen des Kunststoffanteils des Pultrusionsprofils 24 zu vermeiden. Durch die Schrumpfung der Metallschmelze, die das Gussbauteil 26 ausformt, entsteht eine kraftschlüssige Verbindung. Wie anhand des Vollprofils 24 in 2 gezeigt, kann ein zusätzlicher Formschluss durch Einbringen einer Nut 28, Kerbe oder dergleichen in den Endbereich 22 des Pultrusionsprofils 24 erzielt werden, um so eine besonders haltbare kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen dem Pultrusionsprofil 24 und dem Gussbauteil 26 zu erhalten. 2 and 3 Therefore, show alternative connection arrangements, the total with 20 are designated. The connection arrangements 20 are made by molding an end area 22 a pultrusion profile 24 with a cast component 26 generated. For this purpose, the pultrusion profile 24 with its end portions a mold, for example, a light metal die-casting mold inserted and encapsulated in this form with the molten metal, there in the desired geometry of the component 26 stiffens. If necessary, the pultrusion profile 24 In this case, to be cooled to a melting of the plastic content of Pultrusionsprofils 24 to avoid. Due to the shrinkage of the molten metal, which is the cast component 26 forms a frictional connection. As with the full profile 24 in 2 shown, an additional positive connection by introducing a groove 28 , Notch or the like in the end area 22 of the pultrusion profile 24 be achieved, so a particularly durable positive and positive connection between the Pultrusionsprofil 24 and the cast component 26 to obtain.

Wie 3 zeigt, können solche Verbindungsanordnungen 20 auch mit Hohlprofilen geschaffen werden. Das Pultrusionsprofil 24 gemäß 3 weist einen inneren Hohlraum 30 auf. Auch hier ist ein Endbereich 22 auf die beschriebene Weise mit einem Gussbauteil 26 umgossen. Um ein Eindringen der Gießmasse in den Hohlraum 30 zu verhindern, ist der Endbereich 22 des Pultrusionsprofils 24 mit einem Deckel 32 verschlossen.As 3 shows, such connection arrangements 20 also be created with hollow profiles. The pultrusion profile 24 according to 3 has an internal cavity 30 on. Again, there is an end area 22 in the manner described with a cast component 26 cast around. To prevent penetration of the casting material into the cavity 30 to prevent is the end area 22 of the pultrusion profile 24 with a lid 32 locked.

Derartige Bauteile können im Kraftwagenbau, insbesondere im Karosseriebau vielfältige Anwendung finden. Durch die Kombination aus Profilelementen 24 und Gussknoten 26 können beispielsweise raumtragwerkartige Strukturen geschaffen werden. Die Pultrusionsprofile 24 können als Trägerteile der Karosserie Anwendung finden, so dass die Verbindungsanordnungen 20 zu kompletten Fahrzeugstrukturen oder Rohbaumodulen, wie beispielsweise dem Vorbau, dem Heckmodul, einer Bodenstruktur oder dergleichen kombiniert werden können. Derartig mit Gussbauteilen 26 verbundene Pultrusionsprofile 24 sind ferner für beliebige Streben der Kraftwagenkarosserie, wie beispielsweise Tunnelstreben, Domstreben, Heckwagenstreben, Unterbodenstreben oder dergleichen einsetzbar.Such components can be found in motor vehicle construction, in particular in the body of many applications. Through the combination of profile elements 24 and cast nodes 26 For example, space-frame-like structures can be created. The pultrusion profiles 24 can be used as support parts of the body, so that the connection arrangements 20 to complete vehicle structures or Rohbaumodulen, such as the stem, the rear module, a soil structure or the like can be combined. Such with cast components 26 connected pultrusion profiles 24 are also for any struts of the car body, such as tunnel struts, strut braces, rear struts, underbody struts or the like used.

Die Gestaltung der Pultrusionsprofile 24 beschränkt sich nicht auf die in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können die Pultrusionsprofile 24 während der Pultrusion auch gekrümmt ausgeführt werden, um so komplexere Geometrien zu ermöglichen. Neben profilförmigen Pultrusionsbauteilen 24 können auch Faserverbundbauteile in Form von flächigen Profilen Anwendung finden, um so beispielsweise Komponenten für einen Plattenboden, einen Heckboden, für Trennwände wie die Stirnwand oder Heckwand und ähnliche Strukturen des Kraftwagens zu schaffen.The design of pultrusion profiles 24 is not limited to those in the 2 and 3 shown embodiments. For example, the pultrusion profiles 24 during the pultrusion are also performed curved so as to allow more complex geometries. In addition to profiled pultrusion components 24 also fiber composite components in the form of sheet-like profiles can be used, for example, to create components for a slab floor, a rear floor, for partitions such as the front wall or rear wall and similar structures of the motor vehicle.

Der Ersatz von reinen Aluminium beziehungsweise Aluminiumstahlstrukturen durch derartige Verbindungsanordnungen 20 ermöglicht die Schaffung von Karosserien mit besonders guter Zugfestigkeit, da die Pultrusionsprofile 24 einen hohen Anteil gerichteter Fasern aufweisen. Auch der höhere E-Modul verglichen zu Aluminium ermöglicht die Konstruktion besonders stabiler Karosserien.The replacement of pure aluminum or aluminum steel structures by such connection arrangements 20 allows the creation of bodies with particularly good tensile strength, since the pultrusion profiles 24 have a high proportion of oriented fibers. Also, the higher modulus of elasticity compared to aluminum allows the construction of particularly stable bodies.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19624267 A1 [0002] - DE 19624267 A1 [0002]

Claims (8)

Verbindungsanordnung (20) eines Faserverbundbauteils (24), insbesondere eines Pultrusionsprofils, mit einem Gussbauteil (26), insbesondere einem Leichtmetallgussbauteil, einer Kraftwagenkarosserie, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich (22) des Faserverbundbauteils (24) in das Gussbauteil (26) eingegossen ist.Connection arrangement ( 20 ) of a fiber composite component ( 24 ), in particular a Pultrusionsprofils, with a cast component ( 26 ), in particular a light metal cast component, a motor vehicle body, characterized in that an end region ( 22 ) of the fiber composite component ( 24 ) into the cast component ( 26 ) is poured. Verbindungsanordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (22) des Faserverbundbauteils (24) wenigstens ein Formschlusselement (28), insbesondere einen Hinterschnitt aufweist.Connection arrangement ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the end region ( 22 ) of the fiber composite component ( 24 ) at least one positive-locking element ( 28 ), in particular having an undercut. Verbindungsanordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (24) zumindest bereichsweise eine Krümmung aufweist.Connection arrangement ( 20 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the fiber composite component ( 24 ) at least partially has a curvature. Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung (20) eines Faserverbundbauteils (24), insbesondere eines Pultrusionsprofils, mit einem Gussbauteil (26), insbesondere einem Leichtmetallgussbauteil, einer Kraftwagenkarosserie, mit den Schritten: a) Herstellen des Faserverbundbauteils (24) durch Pultrusion; b) Einlegen eines Endbereichs (22) des Faserverbundbauteils (24) in eine Gießform; c) Umgießen des Endbereichs (22) mit einem Metall unter Ausbildung des Gussbauteils (26).Method for producing a connection arrangement ( 20 ) of a fiber composite component ( 24 ), in particular a Pultrusionsprofils, with a cast component ( 26 ), in particular a light metal casting component, a motor vehicle body, with the steps: a) producing the fiber composite component ( 24 by pultrusion; b) inserting an end region ( 22 ) of the fiber composite component ( 24 ) in a mold; c) casting over the end region ( 22 ) with a metal to form the cast component ( 26 ). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlegen in die Gießform eine Formschlusskontur (18) im Endbereich (22) des Faserverbundbauteils (24) eingeformt wird.A method according to claim 4, characterized in that prior to insertion into the mold a positive locking contour ( 18 ) in the end area ( 22 ) of the fiber composite component ( 24 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (24) während des Umgießens gekühlt wird.A method according to claim 4 or 5, characterized in that the fiber composite component ( 24 ) is cooled during the Umgeießens. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Pultrusion eine Krümmung in das Faserverbundbauteil (24) eingebracht wird.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that during the pultrusion a curvature in the fiber composite component ( 24 ) is introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hohlkammer (30) des Faserverbundbauteils (24) während des Umgießens mit einem Verschlusselement (32) verschlossen wird.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that a hollow chamber ( 30 ) of the fiber composite component ( 24 ) during the molding with a closure element ( 32 ) is closed.
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