DE102011109474A1 - Fiber composite component e.g. load carrier used in vehicle industry, has main portion that is connected with electrical conductive preparation element for manufacturing electrical terminal - Google Patents

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Abstract

The composite component (100) has a main portion (101) that is provided with composite material which is provided with an electrical isolating matrix material (3). The electrical isolating matrix material is provided with electrical conductive fiber (1) and main portion is connected with electrical conductive preparation element (2) for manufacturing an electrical terminal (5). The preparation element is completely enclosed from matrix material. An independent claim is included for a method for manufacturing electrical interconnection between electrical terminal and electrical conductive element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise in der DE 10 2007 029 525 A1 beschrieben ist.The invention relates to a fiber composite component according to the preamble of claim 1, as for example in the DE 10 2007 029 525 A1 is described.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem elektrischen Anschluss und einer in Matrixwerkstoff eingebetteten elektrisch leitfähigen Faser.Furthermore, the invention relates to a method for producing an electrical connection between an electrical connection and an embedded in matrix material electrically conductive fiber.

Faserverbundbauteile sind u. a. als Form- oder Strukturbauteile in der Fahrzeugindustrie hinlänglich bekannt. Besonders faserverstärkte Bauteile aus zwei- oder dreidimensionalen Faserhalbzeugen, sog. Prepregs oder Preforms, die in einen Matrixwerkstoff eingebettet werden, finden im heutigen Serienkarosseriebau bei vielen Fahrzeugherstellern zunehmend Verwendung.Fiber composite components are u. a. As a form or structural components in the vehicle industry well known. Particularly fiber-reinforced components made of two- or three-dimensional semifinished fiber products, so-called prepregs or preforms, which are embedded in a matrix material, are being used increasingly in today's series body construction by many vehicle manufacturers.

Ein Faserverbundbauteil besteht aus einer Kombination eines Faseranteils mit einem Matrixwerkstoff. Als Fasern finden Glasfasern besonders für Formbauteile, Kohlefasern für hochbelastbare Strukturbauteile, sowie Keramik-, Metall- und biologische Fasern für eine Vielzahl von Sondereinsätzen Verwendung. Um diese biegeschlaffen Fasergelege, Gewebe, Stricke, Vliese oder Filze zu fixieren, kommen Matrixwerkstoffe wie Harze, Kunststoffe oder Keramikbildner zum Einsatz, die den zu erwartenden Umwelteinflüssen und Beanspruchungen widerstehen.A fiber composite component consists of a combination of a fiber fraction with a matrix material. As fibers find glass fibers especially for molded parts, carbon fibers for heavy-duty structural components, as well as ceramic, metal and biological fibers for a variety of special applications use. In order to fix these pliable fiber fabrics, fabrics, ropes, nonwovens or felts, matrix materials such as resins, plastics or ceramics are used, which withstand the expected environmental influences and stresses.

Kohlefasern, hauptsächlich aufgrund ihrer hohen Belastbarkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht bisher oft in Kleinserien wie im Flugzeugbau und Profisport eingesetzt, besitzen elektrische Leitfähigkeit mit einem nutzbaren ohmschen Widerstand. Das Konzept zur Nutzung dieser Eigenschaft in einem Verbundbauteil wird z. B. in der DE 10 2007 029 525 A1 offenbart. Diese Patentanmeldung beschreibt das Einbetten eines elektrischen Widerstandes aus Kohlefasern mit mindestens zwei aus dem Matrixwerkstoff herausragenden Anschlüssen. Weiterhin ist die Nutzung der Fasern als Heizelement z. B. aus der DE 2057017 A1 bekannt. Aus der US 200410012478 A1 ist ferner eine Methode zum Erzeugen von Widerstands- und Elektrodenschichten in einem Verbundbauteil bekannt, bei dem die Elektrodenschicht nach einem mehrschrittigen Prozess durch Freilegen an die Oberfläche gelangt.Carbon fibers, mainly due to their high load carrying capacity and low weight, often used in small series such as aircraft and professional sports, have electrical conductivity with a useful ohmic resistance. The concept for using this property in a composite component is z. B. in the DE 10 2007 029 525 A1 disclosed. This patent application describes embedding an electrical resistance of carbon fibers with at least two terminals protruding from the matrix material. Furthermore, the use of the fibers as a heating element z. B. from the DE 2057017 A1 known. From the US 200410012478 A1 Furthermore, a method for producing resistor and electrode layers in a composite component is known in which the electrode layer is exposed to the surface by a process of several steps by exposure.

Ein Nachteil bei bekannten Faserverbundbauteilen ist, dass die Kontakte aus dem fertigen Erzeugnis herausragen und so beim Verbau hinderlich sind und/oder die Oberflächenerscheinung stören, und zwar auch dann, wenn sie nicht zur Kontaktierung benötigt werden.A disadvantage of known fiber composite components is that the contacts protrude from the finished product and so are obstructive during installation and / or interfere with the surface appearance, even if they are not required for contacting.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Faserverbundbauteil zur Verfügung zu stellen, welches mit mindestens einer, vorzugsweise mit mehreren Kontaktierungsmöglichkeiten im Bauteil versehen ist, welche die Oberfläche und Außenabmessungen des Bauteils nicht beeinträchtigen, wenn sie nicht benötigt werden. Die Aufgabe umfasst darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Faserverbundbauteils.It is therefore an object of the invention to provide a fiber composite component which is provided with at least one, preferably with multiple contacting possibilities in the component, which do not affect the surface and outer dimensions of the component when they are not needed. The object also includes a method for producing such a fiber composite component.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features of claims 1 and 9. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Ein Faserverbundbauteil besteht aus einem Körper aus mindestens einem elektrisch isolierenden Matrixwerkstoff und mindestens einer elektrisch leitfähigen Faser. Die Faser kann beispielsweise Teil eines Metallfasergewebes oder Kohlenstofffaserrovings sein, das in den Matrixwerkstoff, z. B. Epoxidharz, eingebettet wird. Die elektrisch leitfähigen Fasern sind zumindest abschnittsweise im Matrixwerkstoff eingebettet. Erfindungsgemäß ist an der bzw. an mindestens einer dieser elektrisch leitfähigen Faser(n) mindestens ein Vorbereitungselement befestigt, das vollständig von Matrixwerkstoff umschlossen ist.A fiber composite component consists of a body of at least one electrically insulating matrix material and at least one electrically conductive fiber. For example, the fiber may be part of a metal fiber fabric or carbon fiber roving that may be incorporated into the matrix material, e.g. For example, epoxy resin is embedded. The electrically conductive fibers are at least partially embedded in the matrix material. According to the invention, at least one preparation element which is completely enclosed by matrix material is attached to or on at least one of these electrically conductive fibers.

Eine bevorzugte Ausführungsform beinhaltet das Einbetten von mehreren Vorbereitungselementen an ein und der gleichen Faser. Das ermöglicht, in der Klein- und Großserienfertigung das gleiche Bauteil in zahlreichen Varianten einzusetzen, weil die nicht sichtbaren Vorbereitungselemente die Möglichkeit bieten, die innen liegende Faser je nach Variante an unterschiedlicher Stelle und auch im montierten Zustand noch elektrisch anzuschließen, oder diese durchs Anschließen ermöglichte Zusatzfunktion in der Minimalausstattungsversion des Fahrzeugs gar nicht zu nutzen, ohne optische Beeinträchtigung oder Beeinträchtigung bei der Montierbarkeit oder Korrosionsgefährdung des Bauteils z. B. durch herausstehende oder offene Anschlüsse.A preferred embodiment involves embedding multiple primitives on one and the same fiber. This makes it possible to use the same component in numerous variants in small and large series production because the non-visible preparation elements offer the possibility of electrically connecting the internal fiber depending on the variant in different places and even in the assembled state, or this made possible by connecting Extra function in the minimal equipment version of the vehicle not to use, without visual impairment or impairment in the mountability or corrosion of the component z. B. by protruding or open connections.

Eine späte Variantenbildung entsprechend einem der ökonomischen Grundprinzipien moderner Produktionssysteme ist damit möglich.A late variant formation according to one of the economic principles of modern production systems is thus possible.

Zweckmäßigerweise wird als Material für das Vorbereitungselement ein Metall gewählt. Definitionsgemäß besitzen Metalle eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Weiterhin sind viele Metalle duktil, d. h. leicht verformbar, und lassen sich in einem Umformverfahren mit geringem Aufwand dauerhaft an der leitfähigen Faser oder einem die Faser enthaltenden Gewebe befestigen. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines duktilen Materials für das Vorbereitungselement besteht darin, dass sich drei Arbeitsschritte in einen einigen integrieren lassen. Bei der Herstellung von Preforms werden die Fasermatten in ein Umformwerkzeug gelegt, welches sich schließt und dem Gewebe seine in Matrixwerkstoff zu plastifizierende Form gibt. In dem Werkzeug lässt sich eine Aussparung, ein Anschlag oder eine Mulde vorsehen, die das Vorbereitungselement, welches eine dazu korrespondierende Ausformung aufweisen kann, an dieser Position festhält. Beim Einlegen der Fasermatte und anschließendem Umformdruck in der Form schließt sich das Vorbereitungselement fest an das Fasergewebe. Damit kann das Positionieren des Vorbereitungselements und das Anbringen an die Faser in einen Fertigungsschritt integriert werden, der bei zum Herstellen des Faserverbundbauteils ausgeführt werden hätte müssen. Ein geeignetes Herstellungsverfahren ist diesbezüglich das Harzinjektionsverfahren (resin transfer molding – RTM) bei welchem Harz in meist mit Faserlagen (tailored fibre placement – TFP; Preforms; Prepregs) vorbereitete Spritzgußgesenke gefüllt und durch Starter ausgehärtet wird. Eine weitere vorteilhafte Variante besteht darin, das Vorbereitungselement zunächst provisorisch an der Faser zu befestigen und das Vorbereitungselement zu nutzen, um die Faser lagegenau in dem (mit einer entsprechenden Aussparung versehenen) Umformwerkzeug zu positionieren. Durch den anschließenden Formungsprozess wird das Vorbereitungselement noch fester mit der Faser verbunden und abschließend im Matrixwerkstoff ausgehärtet.Conveniently, a metal is selected as the material for the preparation element. By definition, metals have a high electrical conductivity. Furthermore, many metals are ductile, ie easily deformable, and can be permanently attached to the conductive fiber or fabric containing the fiber in a forming process with little effort. Another advantage of using a ductile material for the preparatory element is that three operations can be integrated into a single one. In the production of preforms, the fiber mats are placed in a forming tool, which closes and gives the tissue its form to be plasticized in matrix material. In the tool can provide a recess, a stop or a trough, which holds the preparation element, which may have a corresponding shape, at this position. When inserting the fiber mat and subsequent forming pressure in the mold, the preparation element closes firmly to the fiber fabric. Thus, the positioning of the preparation element and the attachment to the fiber can be integrated into a manufacturing step, which would have to be carried out during the manufacture of the fiber composite component. A suitable manufacturing method in this regard is the resin transfer molding (RTM) process, in which resin is filled into injection molding dies prepared in most cases with tailored fiber placement (TFP, prepregs) and cured by starters. A further advantageous variant is first to provisionally attach the preparation element to the fiber and to use the preparation element in order to position the fiber exactly in position in the (provided with a corresponding recess) forming tool. As a result of the subsequent shaping process, the preparation element is connected even more firmly to the fiber and finally cured in the matrix material.

Darüber hinaus lässt sich so ein metallisches Vorbereitungselement ohne evtl. für die Faser oder Imprägnierstoffe schädliche Wärmeeinwirkung anbringen. Die Nutzung rein mechanischer Kräfte zum Verbinden des Vorbereitungselements mit der Faser ist für einen sauberen, kostengünstigen, reproduzierbaren Großserienprozess besonders vorteilhaft. Da es bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, Metallfasern oder metallene Massen in Gewebe von Faserverbundbauteilen einzuweben und/oder in Matrixwerkstoff einzugießen, stehen diese großserienfähigen und ökonomisch günstigen Prozesse bereits zur Verfügung.In addition, a metallic preparation element without possibly harmful for the fiber or impregnating heat effect can be attached. The use of purely mechanical forces for connecting the preparation element to the fiber is particularly advantageous for a clean, cost-effective, reproducible mass production process. Since it is already known from the prior art to weave metal fibers or metal masses into fabric of fiber composite components and / or to pour it into matrix material, these mass-produced and economically favorable processes are already available.

Über die Integration in einen Umformungsprozess mit Gesenken hinaus gestattet die metallische Materialwahl eine großserientaugliche und einfach zu realisierende Möglichkeit, das Vorbereitungselement durch Quetschen mit der Faser zu verbinden. Durch leichte Verformbarkeit und die Leitfähigkeit des Metalls lässt sich eine gute und leitfähige Verbindung mit der Faser herstellen. Die Faserhalbzeuge sind dadurch schnell und kostengünstig herstellbar, die Vorbereitungselemente sind einfach positionierbar im Bauteil für viele Varianten.In addition to the integration into a forming process with dies, the choice of metal material allows a mass-production-compatible and easy-to-implement possibility of connecting the preparation element to the fiber by squeezing. Easy deformability and conductivity of the metal allow a good and conductive connection to the fiber. The semifinished fiber products are thus produced quickly and inexpensively, the preparation elements are easily positioned in the component for many variants.

Von Vorteil ist bei bestimmten Faser-Vorbereitungselementpaarungen oder geringer Kontaktfläche zwischen Faser und Vorbereitungselement aufgrund von Raum- und Designanforderungen eine mechanische oder chemische Vorbehandlung der Faser und/oder des Vorbereitungselements, um einen möglichst geringen Übergangswiderstand zwischen Faser und Vorbereitungselement für die gewünschte technische Anwendung einzustellen. Eine vorteilhafte Ausführung wäre das Einbringen von Silberlot oder das chemische oder physikalische Aufrauhen (z. B. mittels Ätzen) der Kohlenstofffasern. Dadurch lassen sich auch in beengtem Bauraum auf kleinster Fläche sichere Anschlussmöglichkeiten vorsehen.It is advantageous for certain fiber preparation element pairings or small contact surface between fiber and preparation element due to space and design requirements, a mechanical or chemical pretreatment of the fiber and / or the preparation element to set the lowest possible contact resistance between fiber and preparation element for the desired technical application. An advantageous embodiment would be the introduction of silver solder or the chemical or physical roughening (eg by means of etching) of the carbon fibers. As a result, safe connection options can be provided even in confined space on the smallest area.

Der Einsatz von Lötverfahren zur Verbindung des Vorbereitungselements ermöglicht verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen. Zum einen kann das Lot selbst als Perle oder Körper an der Faser ausgeformt werden und so das Material für das Vorbereitungselement stellen, zum anderen bietet das verflüssigte metallische Lötmaterial zur Befestigung des Vorbereitungselements an der Faser eine sowohl gut haftende als auch gut elektrisch leitende Verbindung in einem kostengünstig darstellbaren Großserienprozess.The use of soldering methods for connecting the preparation element allows various advantageous embodiments. On the one hand, the solder itself can be formed as a bead or body on the fiber and thus provide the material for the preparation element, on the other hand provides the liquefied metallic solder for attachment of the preparation element to the fiber both a good adhesive and well electrically conductive compound in one cost-effective large-scale production process.

Neben der genauen Positionierbarkeit in einem Prozess, der mit Umformwerkzeugen arbeitet, bietet die Verwendung eines Metalls als Material für das Vorbereitungselement aufgrund seiner elektromagnetischen Eigenschaften die Möglichkeit, trotz vollständigem Einschluss in den Matrixwerkstoff z. B. mittels eines Detektors, der induktiv arbeitet, aufgefunden zu werden. Wird diese Methode zum späteren Auffinden eingesetzt, muss die Positionierung des Vorbereitungselements zwar der elektrischen und oder mechanischen Anschlussbedingung im und um das Bauteil genügen, jedoch nicht mehr so hoch genau zum Treffen des verborgenen Vorbereitungselements von außen beim vorhergehenden Eingießen positioniert werden. Alternativ ist das Einformen von „Vertiefungen” oder Erhebungen” über den Vorbereitungselementen in dem Matrixwerkstoff durch die Form und einfache Formbarkeit der Vorbereitungselemente kostengünstig realisierbar. Das Eingießen in einen durchsichtigen Matrixwerkstoff ist für Designanwendungen ebenfalls attraktiv. Ein weiterer Vorteil von Metallen als Material für das Vorbereitungselement ist, dass ihre Schmelztemperatur erheblich über den Temperaturen liegt, die für den flüssigen Matrixwerkstoff und dessen Aushärtung/Temperung notwendig sind. Dadurch schmelzen die Vorbereitungselemente bei der Aushärtung/Temperung des Matrixwerkstoffs nicht weg und bleiben an der ursprünglich festgelegten Position im Bauteil.In addition to the precise positionability in a process that works with forming tools, the use of a metal as a material for the preparation element due to its electromagnetic properties offers the possibility, in spite of complete inclusion in the matrix material z. B. by means of a detector that works inductively, to be found. If this method is used for later retrieval, the positioning of the preparation element, while satisfying the electrical and / or mechanical connection condition in and around the component, must not be positioned as accurately as possible for meeting the hidden preparation element from the outside during the previous pouring. Alternatively, the molding of "depressions" or elevations "over the preparation elements in the matrix material by the shape and ease of molding of the preparation elements can be realized inexpensively. Casting in a transparent matrix material is also attractive for design applications. Another advantage of metals as a material for the preparation element is that their melting temperature is significantly above the temperatures necessary for the liquid matrix material and its curing / tempering. As a result, the preparation elements do not melt away during the curing / tempering of the matrix material and remain at the originally defined position in the component.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem elektrischen Anschluss und zumindest einer abschnittsweise in isolierenden Matrixwerkstoff eingebetteten Faser. Dabei wird zunächst die Faser mit einem elektrisch leitfähigen Vorbereitungselement versehen, anschließend die Faser zumindest abschnittsweise samt Vorbereitungselement vollständig in einen isolierenden Matrixwerkstoff eingebettet, und abschließend die elektrische Verbindung zwischen Vorbereitungselement und Anschluss hergestellt. Erfindungsgemäß wird das Vorbereitungselement vollständig in den Matrixwerkstoff eingebettet. Anschließend wird die umgebene Matrixwerkstoff-Schicht über dem Vorbereitungselement zumindest abschnittsweise entfernt oder verdrängt, um eine elektrische Verbindung herzustellen.The invention further relates to a method for producing an electrical connection between an electrical connection and at least one fiber embedded in sections in insulating matrix material. First, the fiber is provided with an electrically conductive preparation element, then the fiber at least in sections, including the preparation element completely in an insulating Embedded matrix material, and finally made the electrical connection between the preparation element and connection. According to the invention, the preparation element is completely embedded in the matrix material. Subsequently, the surrounding matrix material layer is at least partially removed or displaced over the preparation element in order to produce an electrical connection.

Die Befestigung des Vorbereitungselements kann in unterschiedlichen Prozessstadien, je nach Herstellungsverfahren, vorteilhaft in den Verarbeitungsprozess integriert werden.The attachment of the preparation element can be advantageously integrated into the processing process in different process stages, depending on the manufacturing process.

Besonders vorteilhaft ist das Befestigen des Vorbereitungselements direkt an der nackten (unbearbeiteten) Faser, weil die Faser zu diesem Zeitpunkt noch keine Beschichtung mit Bindemitteln erfahren hat und so der Kontakt zwischen Faser und Vorbereitungselement besonders prozesssicher dargestellt werden kann.Particularly advantageous is the attachment of the preparation element directly to the bare (unprocessed) fiber, because the fiber has not undergone any coating with binders at this time and so the contact between fiber and preparation element can be represented particularly reliable process.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, die Befestigung des Vorbereitungselements zur Zeit des fertig gestellten Gewebes vor Auftrag eines Binders in den Prozess einzugliedern. Dies bietet den Vorteil, dass die Position des Elements hier in zwei Dimensionen bestimmt wird. Durch das Positionieren des Elements in der Prozessfolge näher am Endprodukt ist sie endproduktbezogen genauer.Another embodiment is to incorporate the attachment of the preparation element at the time of the finished fabric before applying a binder in the process. This has the advantage that the position of the element is determined here in two dimensions. Positioning the element closer to the end product in the process sequence makes it more accurate in terms of end products.

In einer dritten Variante wird der Befestigungsschritt in den Formungsprozess des Gewebes oder der Faserstränge in einem Gesenk zum sogenannten Preform integriert. Je nach Material des Vorbereitungselements kann dieses in eine Kavität des Gesenks gelegt werden und bei Ausformung der Preform mit dem Gewebe durch den Druck im Gesenk mit der Faser verbunden werden. Diese Integration in einen Prozessschritt spart Zeit und ist so nah wie kein anderer Schritt am Endprodukt, erfordert aber bei einer vorausgegangenen Behandlung des Gewebes/der Faser mit z. B. Bindemitteln (Primer), dass die Abschnitte zur Verbindung mit dem Vorbereitungselement nicht mit verbindungshinderlichen Stoffen behandelt sind; dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Faser-Abschnitte vor Auftrag von nicht elektrisch leitfähigen Hilfsstoffen maskiert wurden.In a third variant, the fastening step is integrated into the shaping process of the fabric or fiber strands in a die for so-called preform. Depending on the material of the preparation element, this can be placed in a cavity of the die and be connected with the formation of the preform with the tissue by the pressure in the die with the fiber. This integration into a process step saves time and is as close as no other step to the final product, but requires prior treatment of the fabric / fiber with e.g. B. binders (primers) that the sections for connection to the preparation element are not treated with compounds that hinder connection; This can be achieved, for example, by masking the fiber sections before applying non-electrically conductive auxiliaries.

Die Befestigung des Vorbereitungselement an einem zweidimensionalen Prepreg oder einem dreidimensionalen Preform kann durch Anlöten erfolgen, mit dem Vorteil, dass bei der auftretenden Erwärmung sämtliche übliche Primer entfernt werden und an definierter Position eine Verbindung mit guter elektrischer Leitfähigkeit zwischen dem Verbindungselement und der Faser hergestellt wird. Alle vorhergehenden Prozessschritte können also unabhängig von der Einbringung des Vorbereitungselements in gewohnter Folge ablaufen.The attachment of the preparation element to a two-dimensional prepreg or a three-dimensional preform can be done by soldering, with the advantage that all the usual primers are removed in the heating occurring and at a defined position a compound with good electrical conductivity between the connecting element and the fiber is produced. All preceding process steps can thus proceed independently of the introduction of the preparation element in the usual sequence.

Nach der Einbettung und Aushärtung des Matrixwerkstoffs bestehen je nach Bauraum und Montagefolge vorteilhafte Schrittfolgevarianten, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Bauteil und einem externen elektrischen Anschluss herzustellen. In einer ersten Variante wird das Vorbereitungselement zunächst freigelegt. Anschließend wird das Bauteil verbaut und dort elektrisch angeschlossen. Bei der zweiten Variante erfolgt zuerst das Verbauen und anschließend das Freilegen und der elektrische Anschluss. Diese Variante kann besonders vorteilhaft durch Verwendung einer Fließlochschraube (FLS) erfolgen, mit der die Freilegung und das Anschließen in einem Arbeitsschritt erfolgen können. Eine FLS ist eine Schraube, die durch ihre Rotationsgeschwindigkeit und dem schussartigen Aufprall auf den Matrixwerkstoff dieser Matrixwerkstoff schmilzt oder ggf. verbrennt (je nach Werkstoffpaarung FLS/Matrixwerkstoff werden kurzzeitig >300C° erreicht). Durch die eingebrachte Wärme ergibt sich im Zusammenspiel mit einem Vorbereitungselement, dessen Schmelztemperatur durch die durch das FLS-Verfahren eingebrachte Wärme erreicht wird, eine sichere form- und stoffschlüssige Verbindung.After embedding and curing of the matrix material, depending on the installation space and assembly sequence, there are advantageous step sequence variants in order to produce an electrical contact between the component and an external electrical connection. In a first variant, the preparation element is first exposed. Subsequently, the component is installed and electrically connected there. In the second variant, first the obstruction and then the exposure and the electrical connection. This variant can be particularly advantageous by using a flow hole screw (FLS), with the exposure and the connection can be done in one step. A FLS is a screw which, due to its rotational speed and the shot-like impact on the matrix material, melts or possibly burns this matrix material (depending on the material pairing FLS / matrix material is briefly reached> 300 ° C). As a result of the introduced heat, in conjunction with a preparation element whose melting temperature is achieved by the heat introduced by the FLS process, a secure positive and cohesive connection results.

Hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung gibt es eine weitere Ausführungsform, die sich in einer von einem Betriebsstoff umflossenen Umgebung vorteilhaft erweist, weil der Betriebsstoff, sofern er elektrisch leitend ist, gleichzeitig als ladungsübertragendes Medium genutzt wird. Bei dieser Ausführungsform wird das Vorbereitungselement durch eine in den Matrixwerkstoff eingebrachte Zugangsöffnung (z. B. durch Aufbohren oder Lochschmelzen, chemisches Lösen) von außen zugänglich gemacht. Danach wird in die Zugangsöffnung ein leitfähiges Fluid eingeleitet, z. B. in Form von speziellem Hydrauliköl, welches über das Vorbereitungselement die Faser elektrisch mit dem Fluid verbindet. Über durch die Konstruktion gegebenen Leitungsbahnen für dieses Betriebsfluid besteht wiederum die Möglichkeit, an geeigneter Stelle den Strom ein- oder auszuleiten.With regard to the electrical contacting, there is another embodiment which proves advantageous in an environment surrounded by a fuel, because the fuel, if it is electrically conductive, is used simultaneously as a charge-transmitting medium. In this embodiment, the preparation element is made accessible from the outside by an access opening introduced into the matrix material (eg by drilling or hole melting, chemical dissolution). Thereafter, a conductive fluid is introduced into the access opening, for. B. in the form of special hydraulic oil, which electrically connects the fiber via the preparation element with the fluid. About given by the construction of the pathways for this operating fluid, in turn, there is the possibility, at a suitable point, the power on or out.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Faserverbundbauteils mit einem erfindungsgemäßen Vorbereitungselement zur Verbindung des Faserverbundbauteils mit einem elektrischen Anschluss; 1 a perspective sectional view of a fiber composite component with a preparation element according to the invention for connecting the fiber composite component with an electrical connection;

2 eine Schnittdarstellung eines Faserverbundbauteils mit mehreren Vorbereitungselementen, von denen zwei mit zwei elektrischen Anschlüssen versehen sind; 2 a sectional view of a fiber composite component with a plurality of preparation elements, two of which are provided with two electrical connections;

3 eine perspektivische Darstellung dreier verschiedener Ausführungsformen von Vorbereitungselementen; 3 a perspective view of three different embodiments of preparation elements;

4a, 4b perspektivische Schnittdarstellungen zweier Vorbereitungselemente aus 3; 4a . 4b perspective sectional views of two preparation elements 3 ;

5a eine Draufsicht auf ein Fasergewebe mit gequetschtem 5a a plan view of a fiber fabric with crushed

Vorbereitungselementpreparation member

5b eine Schnittdarstellung durch das Vorbereitungselement der 5a entlang der Schnittebene Vb-Vb; 5b a sectional view through the preparation element of 5a along the section plane Vb-Vb;

6 eine perspektivische Darstellung einer Lotperle als Vorbereitungselement an einem Faserbündel (Roving); 6 a perspective view of a solder ball as a preparation element on a fiber bundle (roving);

7a eine Schnittdarstellung eines RTM Gesenks mit einer Kavität im Untergesenk und einer eingelegten Faser mit Vorbereitungselement, welches über der Kavität liegt; 7a a sectional view of a RTM die with a cavity in the lower die and an inserted fiber with preparation element, which lies above the cavity;

7b eine Schnittdarstellung eines RTM Gesenks mit einer Kavität im Untergesenk und einer eingelegten Faser oder Fasergewebematte und einem Vorbereitungselement, welches in die Kavität eingelegt wurde; 7b a sectional view of a RTM die with a cavity in the lower die and an inserted fiber or fiber fabric mat and a preparation element which has been inserted into the cavity;

8 eine perspektivische halb geschnittene Darstellung eines Strukturbauteils mit sich in der Außenkontur abzeichnenden Vorbereitungselementen unter einer dünnen Schicht Matrixwerkstoffs und 8th a perspective half-section view of a structural component with emerging in the outer contour preparation elements under a thin layer of matrix material and

9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur elektrischen Kontaktierung einer in einen Faserverbundwerkstoff eingebetteten elektrisch leitfähigen Faser, mit verschiedenen Ausführungsvarianten der einzelnen Prozessschritte (2 Seiten). 9 a schematic representation of a method for electrical contacting of an embedded in a fiber composite electrically conductive fiber, with different variants of the individual process steps (2 pages).

1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Körpers 101 eines Faserverbundbauteils 100, wie es z. B. in einer Karosserie eines Fahrzeugs als Strukturbauteil verbaut sein kann. Der Körper 101 umfasst einen Matrixwerkstoff 3, der durch ein Faserbündel (Roving) 110 aus einzelnen Fasern 1 verstärkt ist. Der Körper 101 umfasst mindestens eine Faser 1 aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere eine carbonisierte Faser oder eine Metallfaser. Die Faser 1 kann auch Teil des Faserbündels 110, oder eines Gewebes 111 sein. Zusätzlich können auch verschiedene leitende und nicht leitende Materialien wie z. B. Kohlefaser, Glasfaser, Keramikfasern, Metallfasern, Naturfasern, Kunststofffasern u. ä. oder ihre Kombination zum Einsatz kommen. 1 shows a perspective sectional view of a section of a body 101 a fiber composite component 100 as it is z. B. may be installed as a structural component in a body of a vehicle. The body 101 comprises a matrix material 3 that by a fiber bundle (Roving) 110 from single fibers 1 is reinforced. The body 101 includes at least one fiber 1 of an electrically conductive material, in particular a carbonized fiber or a metal fiber. The fiber 1 can also be part of the fiber bundle 110 , or a tissue 111 be. In addition, various conductive and non-conductive materials such. As carbon fiber, glass fiber, ceramic fibers, metal fibers, natural fibers, plastic fibers u. Ä. Or their combination are used.

Der Matrixwerkstoff 3 ist ein elektrisch isolierendes Material, z. B. ein Polyamid, Polyester, Polyethylen, Polyacrylat, Epoxidharz. Die Wahl des Matrixwerkstoffes 3 aus der Fülle von Kunststoffen und diversen Füll- und Hilfsstoffen richtet sich nach Verarbeitungsmethode und besonders nach Umweltbedingungen (Temperaturen, Chemikalien) und mechanisch erforderliche Eigenschaften im Einsatzgebiet.The matrix material 3 is an electrically insulating material, for. As a polyamide, polyester, polyethylene, polyacrylate, epoxy resin. The choice of the matrix material 3 From the abundance of plastics and various fillers and auxiliaries depends on the processing method and especially on environmental conditions (temperatures, chemicals) and mechanically required properties in the field.

An das Faserbündel 110 in 1 ist ein Vorbereitungselement 2 aus duktilem leitfähigem Material befestigt, und zwar in einer solchen Weise, dass ein geringer Übergangswiderstand zwischen Faserbündel 110 und Vorbereitungselement 2 gewährleistet ist. Mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Kontaktmaterials 50 – im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Fließlochschraube 500 – ist das Vorbereitungselement 2 an einen externen Anschluss 550 angebunden. Das Kontaktierungselement 50 durchdringt eine Oberfläche 102 des Körpers 101 und stellt einen physischen Kontakt zum Vorbereitungselement 2 her. Um zu verhindern, dass das Kontaktierungselement 50 die Faserbündel 110 verletzt, ist das Vorbereitungselement 2 mit einer Kontaktierungslasche 20 versehen, die sich in Richtung der Körperoberfläche 102 hin erstreckt. Die Kontaktierungslasche 20 ist in einer solchen Weise gestaltet, dass zwischen der Körperoberfläche 102 und einem Kopf 21 der Kontaktierungslasche 20 mindestens eine Schicht von Matrixwerkstoff der Dicke D vorhanden ist, die bei Kontaktierung des Vorbereitungselements 2 durch das feste Kontaktmaterial 50 durchbrochen wird. Solange das Vorbereitungselement 2 nicht durch das feste Kontaktmaterial 50 kontaktiert ist, stellt diese Schicht der Dicke D sicher, dass das Vorbereitungselement prozesssicher in den Körper 101 eingebettet und gegen Korrosion geschützt ist. Die Anschlussseite 102 des Körpers kann dabei sowohl zur Außenseite z. B. einer Fahrzeugkarosserie z. B. zum Anschluss einer Bodenbeleuchtung liegen als auch zur Innenseite des Fahrzeugs in einer Innenraumverkleidung, die zur Innenbeleuchtung als Ladungsüberträger angeschlossen werden soll.To the fiber bundle 110 in 1 is a preparation element 2 fastened from ductile conductive material, in such a way that a low contact resistance between fiber bundles 110 and preparation element 2 is guaranteed. With the help of an electrically conductive contact material 50 - In the present embodiment, a flow hole screw 500 - is the preparation element 2 to an external connection 550 tethered. The contacting element 50 penetrates a surface 102 of the body 101 and makes physical contact with the preparation element 2 ago. To prevent the contacting element 50 the fiber bundles 110 hurt, is the preparation element 2 with a contacting tab 20 provided, extending towards the body surface 102 extends. The contacting tab 20 is designed in such a way that between the body surface 102 and a head 21 the contacting tab 20 at least one layer of matrix material of thickness D is present, which upon contacting the preparation element 2 through the solid contact material 50 is broken. As long as the preparation element 2 not through the solid contact material 50 is contacted, this layer of thickness D ensures that the preparation element process reliable in the body 101 embedded and protected against corrosion. The connection side 102 the body can be both to the outside z. B. a vehicle body z. B. for connecting a floor lighting are as well as the inside of the vehicle in an interior trim that is to be connected to the interior lighting as a charge transfer device.

Der elektrische Anschluss 5 des Faserbündels 110 umfasst wie in 1 beispielhaft dargestellt ein Anschlusskabel 550 mit Kontaktschuh 552, die Fließlochschraube 500, die Kontaktlasche 20, das Vorbereitungselement 2 und die Übergangswiderstandsfläche 4. Um diesen Anschluss prozesssicher herzustellen, wird der Abstand D durch die Verlängerung der Kontaktlasche 20 des Vorbereitungselements 2 möglichst im mm Bereich gestaltet. Ein Sicherheitsabstand s zwischen Faser 1 und Kontaktierungslaschenkopf 21 wird in Abhängigkeit der Länge der Fließlochschraube 500, die wiederum vom Montageprozess, Matrixwerkstoff und Einsatzgebiet des Faserverbundbauteils abhängt, so gewählt, dass beim Einschießen der Fließlochschraube 500 die im Körper 101 eingebettete Faser 1 nicht stabilitätsgefährdend beschädigt wird. Die weitere äußere Form des Vorbereitungselements 2 wird zum einen durch die großserientaugliche und prozesssichere Befestigung z. B. durch Quetschen oder Löten an die Faser 1 und zum anderen durch die Einbettung in den Matrixwerkstoff 3 bestimmt. Neben der Kontaktierungslasche 20, die die Kontaktdistanz s zur Faser 1 ermöglicht, muss die Kontaktfläche (Übergangswiderstandsfläche 4) zwischen Vorbereitungselement 2 und leitfähiger Faser 1 je nach Anwendungsfall durch Vercrimpen oder Quetschen des Vorbereitungselements 2 gestaltet sein. Sie kann auch mit einer leitfähigen Schicht versehen werden oder zur Vergrößerung der Oberfläche chemisch oder mechanisch aufgeraut werden. Kohlenstofffaserbündel können auch mit dünnen leitfähigen metallischen Litzen durchwirkt werden, um den Übergangswiderstand an der Übergangswiderstandsfläche 4 zu verringern.The electrical connection 5 of the fiber bundle 110 includes as in 1 exemplified a connection cable 550 with contact shoe 552 , the flow hole screw 500 , the contact lug 20 , the preparation element 2 and the contact resistance area 4 , To produce this connection process reliable, the distance D by the extension of the contact tab 20 of the preparation element 2 designed as possible in the mm range. A safety distance s between fiber 1 and contacting tab head 21 depends on the length of the flow hole screw 500 , in turn, from the assembly process, matrix material and application of the fiber composite component, chosen so that when shooting the flow hole screw 500 in the body 101 embedded fiber 1 not endangering stability. The further outer shape of the preparation element 2 is on the one hand by the mass production and reliable process attachment z. B. by squeezing or soldering to the fiber 1 and secondly by embedding in the matrix material 3 certainly. Next to the contacting tab 20 representing the contact distance s to the fiber 1 allows the contact area (contact resistance area 4 ) between preparation element 2 and conductive fiber 1 depending on the application by crimping or squeezing the preparation element 2 be designed. It can also be provided with a conductive layer or roughened chemically or mechanically to increase the surface area. Carbon fiber bundles can also be interspersed with thin conductive metallic strands to increase the contact resistance at the contact resistance area 4 to reduce.

Die Fließlochschraube 500 der 1 wurde durch den Matrixwerkstoff 3 in das duktile Vorbereitungselement 2 mit hoher Rotationsgeschwindigkeit unter Anschmelzen des Matrixwerkstoffs 3 und des Vorbereitungselementmaterials 22 eingedreht und stellt Teil des elektrischen Anschlusses 5 dar. Durch ihre hohe Eintrittsgeschwindigkeit fügt sie sich form- und stoffschlüssig in den Matrixwerkstoff 3 und das Vorbereitungselementmaterial 22. Zwischen einem Kopf 510 der Fließlochschraube 500 und der Oberfläche 102 ist das Anschlusskabel 550 mit einem Kontaktschuh 552 eingespannt, der gleichzeitig das weitere Eindrehen der Fließlochschraube 500 gestoppt hat und über den die elektrische Verbindung 8 zu äußeren Quellen Q oder Verbrauchern V hergestellt werden kann.The flow hole screw 500 of the 1 was through the matrix material 3 into the ductile preparation element 2 with high rotational speed with melting of the matrix material 3 and the preparation element material 22 screwed in and provides part of the electrical connection 5 Due to its high entry speed, it fits into the matrix material in a form-fitting and cohesive manner 3 and the preparation element material 22 , Between a head 510 the flow hole screw 500 and the surface 102 is the connection cable 550 with a contact shoe 552 clamped, at the same time further screwing the flow hole screw 500 has stopped and over the the electrical connection 8th to external sources Q or consumers V can be made.

9 (Figurenseiten 5 und 6) stellt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 mit einigen Varianten zur Herstellung eines Faserverbundbauteils 100 mit Vorbereitungselementen 2 und elektrischen Anschlüssen 5 in drei Prozessschritten A, B, C dar. Schritt A umfasst dabei mehrere Einzelschritte von der Vorbereitung der Faser 1 mit dem Vorbereitungselement 2 bis zum fertigen Faserhalbzeug 9. Schritt B beinhaltet das Einbringen und Aushärten des Matrixwerkstoffs 3 in den Faserhalbzeugen 9, die davor noch je nach Verfahren wie z. B. TFP (Tailored Fibre Placement – Legen und Fixieren von Rovings auf einem meist textilen Untergrund entlang von Lastpfaden) oder dem Preforming (Bebinderung von Fasermatten, die dann in dreidimensionale Strukturen gepresst werden) für das RTM (Resin Transfer Molding – ein Harzinjektionsverfahren welches nach einer Vorformung des Gewebes oder der Fasern stattfindet) vorbereitet werden können. Schritt C umfasst das lokale Durchdringen des Matrixwerkstoffs 3 und das Kontaktieren des Vorbereitungselements 2 durch verschiedene Verfahren, beispielsweise durch Einbringen des Kontaktierungselements 50, um einen elektrischen Anschluss 5 herzustellen. 9 (Figures 5 and 6) illustrates a schematic flow diagram of a method 1000 with some variants for producing a fiber composite component 100 with preparation elements 2 and electrical connections 5 in three process steps A, B, C. Step A comprises several individual steps from the preparation of the fiber 1 with the preparation element 2 to the finished semi-finished fiber product 9 , Step B involves the introduction and curing of the matrix material 3 in the semi-finished fiber products 9 , the before even depending on the method such. B. TFP (Tailored Fiber Placement - Laying and fixing of rovings on a mostly textile substrate along load paths) or the preforming (Bebinderung of fiber mats, which are then pressed into three-dimensional structures) for the RTM (Resin Transfer Molding - a Harzinjektionsverfahren after a preforming of the fabric or fibers takes place) can be prepared. Step C involves the local penetration of the matrix material 3 and contacting the preparation element 2 by various methods, for example by introducing the contacting element 50 to an electrical connection 5 manufacture.

Im Folgenden wird beispielhaft eine vorteilhafte Verfahrensvariante zur Herstellung des in 1 dargestellten Faserverbundbauteils 100 mit den in 9 dargestellten Prozessschritten A-C beschrieben. Zunächst (Schritt 1001) werden mehrere Fasern 1 zu dem Faserbündel 110 zusammengefasst und an dieses Bündel 110 wird das Vorbereitungselement 2 aus Metall mit einer Kontaktierungslasche 20 gequetscht. Es entsteht ein Faserhalbzeug 9 im Speziellen ein ,Roving mit Vorbereitungselement' 10, welches für den folgenden Prozessschritt mit anderen Rovings 110 oder auch mit ähnlichen Faserhalbzeugen zu einem anderen Faserhalbzeug 9 z. B. 'Gewebe mit Vorbereitungselement' 11 kombiniert werden.In the following, an advantageous variant of the method for producing the in 1 shown fiber composite component 100 with the in 9 described process steps AC described. First (step 1001 ) become multiple fibers 1 to the fiber bundle 110 summarized and to this bundle 110 becomes the preparation element 2 made of metal with a contacting tab 20 crushed. The result is a semi-finished fiber 9 in particular a 'roving with preparation element' 10 , which for the following process step with other rovings 110 or with similar semi-finished fiber products to another semi-finished fiber 9 z. B. 'fabric with preparation element' 11 be combined.

Im Schritt B (Verfahrensvariante 1011) wird dieses vorbereitete Halbzeug 9 in einem Resin-Transfer-Molding(RTM)-Gesenk genau positioniert. Dabei können mehrere Vorbereitungselemente an dem gleichen Roving und auch anderen Rovings an vorher genau definierten Anschlägen in diesem Gesenk zum Liegen kommen. Anschließend wird das Gesenk geschlossen und mit Matrixwerkstoff aufgefüllt und ausgehärtet. Der fertige Faserverbundkunststoff(FVK)-Körper 101 wird dem Gesenk entnommen und ggf. mit anderen Komponenten zum fertigen Faserverbundbauteil 100 gefügt. Im Schritt C wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem Vorbereitungselement und einem externen Anschluss hergestellt. Gemäß einer vorteilhaften Variante 1021 dieses Schritts C erfolgt dabei die lokale Entfernung des Matrixwerkstoffs und das Einbringen eines Kontaktierungselements in einem einzigen Prozessschritt. An einer genau festgelegten Stelle, die entweder durch die Form des Bauteils, die Lage des Bauteils im montierten Zustand oder durch andere visuelle Marker wie Dellen, Klinken oder auf Farbmarkierungen bestimmt ist, wird zunächst an dieser Stelle der gelochte Kontaktschuh 552 interimsweise fixiert. Durch diesen wird eine hoch beschleunigte rotierende Fließlochschraube 500 geschossen, die den Matrixwerkstoff aufschmilzt und sich mit ihrer hohen kinetischen Energie, die in Wärme umgewandelt wird, in die Kontaktierungslasche 20 des Vorbereitungselements 2 unter Anschmelzung des Materials eintreibt. Mit diesem Verfahren ist eine form- und stoffschlüssige Verbindung zur Herstellung des elektrischen Anschlusses 5 besonders prozesssicher und vorteilhaft darstellbar.In step B (process variant 1011 ) becomes this prepared semi-finished product 9 accurately positioned in a Resin Transfer Molding (RTM) sink. Several preparation elements can come to rest on the same roving and also other rovings on previously precisely defined stops in this die. Then the die is closed and filled with matrix material and cured. The finished fiber composite plastic (FRP) body 101 is taken from the die and possibly with other components to the finished fiber composite component 100 together. In step C, an electrical contact is made between the priming element and an external terminal. According to an advantageous variant 1021 In this case, the local removal of the matrix material and the introduction of a contacting element take place in a single process step. In a well-defined location, which is determined either by the shape of the component, the position of the component in the assembled state or by other visual markers such as dents, pawls or color markers, is first at this point the perforated contact shoe 552 fixed on an interim basis. This is a highly accelerated rotary flow hole screw 500 which melts the matrix material and with its high kinetic energy, which is converted into heat, into the contacting tab 20 of the preparation element 2 when the material melts. With this method is a positive and cohesive connection for the preparation of the electrical connection 5 particularly process-reliable and advantageous representable.

9 zeigt weitere Varianten für die Prozessschritte A bis C. 9 shows further variants for process steps A to C.

So kann in Schritt A Variante 1003 z. B. schon ein fertig geformtes Preform 113 mit einem Vorbereitungselement 2 zu dem Preform Faserhalbzeug 13 vorgefertigt werden, oder das Vorbereitungselement wird in Variante 1002 erst nach Erstellung des Gewebes 111 an mehrere Netzstrukturen gequetscht und so zum Gewebe Faserhalbzeug 11. Eine anschließende Bebinderung führt zum Prepreg Faserhalbzeug 12. Eine besonders vorteilhafte Ausführung wird durch die Kombination von Schritt A und B in einem RTM-Gesenk oder einem CM (Compression Molding – einem Pressverfahren) ermöglicht, bei dem das Verbinden mit der Faser durch das Pressen eines eingelegten Vorbereitungselements in einem Arbeitsschritt mit dem in Form pressen des Gewebes 111 und Auffüllung mit Matrixwerkstoff oder das an die Faser pressen durch die Druckerzeugung beim CM-Verfahren kombiniert wird.So in step A variant 1003 z. B. already a finished preform 113 with a preparation element 2 to the preform fiber semi-finished product 13 prefabricated, or that Preparation element is in variant 1002 only after creation of the fabric 111 squeezed to several network structures and so to the fabric semi-finished fiber 11 , Subsequent bonding leads to prepreg semi-finished fiber products 12 , A particularly advantageous embodiment is made possible by the combination of steps A and B in an RTM die or a compression molding (CM) process in which the bonding to the fiber is achieved by pressing an inserted preparation element in one step pressing the tissue 111 and filling with matrix material or pressing to the fiber is combined by the pressure generation in the CM process.

Bei der Vorbereitung für das Fixieren mit Matrixwerkstoff kommen neben dem Standard-RTM Verfahren, RTM mit verschiedenen Ergänzungen wie Blaskernen oder auch CTM (Compression-Transfer: Spritzguß-Transfer) Verfahren und IM (Injection-Molding: Spritzgießverfahren), und weitere sich z. T. noch in Großserienentwicklung befindliche Verfahren in Frage. Die genutzten Verfahren in Schritt B sind bestimmend für den Umgang mit den Halbzeugen 9 und dem Vorbereitungselement 2. In Schritt B wird zum einen die genaue Positionierung der Vorbereitungselemente 2 vorgenommen, falls später kein weiterer Arbeitsschritt für das Detektieren der Vorbereitungselemente 2 eingefügt werden soll, und zum anderen wird das Vorbereitungselement 2 in geringem Abstand D zur Körper-Anschlussoberfläche 102 platziert, damit der Schritt C schnell, einfach und kostensparend ausgeführt werden kann (siehe 1, 9 1021). Die Wahl der Form des Vorbereitungselements 2 wird neben den späteren Bauteilbelastungssituationen auch vom verwendeten Verfahren bestimmt. Wird z. B. ein RTM Gesenk mit Anschlägen für die genaue Positionierung verwendet, muss das Vorbereitungselement 2 so hervorstehen, dass Anschläge und Vorbereitungselement zueinander passen. Aber auch Befestigung an der Faser, dem Gewebe, dem Preform in Schritt A spielen bei der Wahl des Vorbereitungselements 2 ebenso eine Rolle, wie die spätere Auffindbarkeit im Matrixwerkstoff 3, die Entfernbarkeit des darüber befindlichen Matrixwerkstoffs 3 und die Kontaktierbarkeit in Schritt C. Um eine möglichst hohe Automatisierung des Schritts A zu erreichen, ist es vorteilhaft, für das Vorbereitungselement 2 eine Form zu wählen, die maschinelle Zuführung und automatisches Verquetschen erlaubt und für Schritt C wie vorausgegangen beschrieben eine Kontaktierungslasche 20, die das Kontaktieren zerstörungsfrei für Faser 1 und sicher für die elektrische Verbindung 8 ermöglicht, wie z. B. ein Röhrchen mit angefügtem Vorbereitungselement als Kontaktierungslasche in 9 auf der rechten Seite im Schritt C1 Variante 1022 angedeutet.In the preparation for fixing with matrix material come in addition to the standard RTM process, RTM with various additions such as blowing cores or CTM (Compression Transfer: injection molding transfer) method and IM (Injection Molding: injection molding), and more z. T. still in mass production process in question. The methods used in step B are decisive for the handling of the semi-finished products 9 and the preparation element 2 , In step B, on the one hand, the exact positioning of the preparation elements 2 made, if later no further step for the detection of the preparation elements 2 on the other hand, the preparatory element 2 at a short distance D to the body-connection surface 102 placed so that step C can be performed quickly, easily and cost-effectively (see 1 . 9 1021 ). The choice of the shape of the preparation element 2 is determined by the method used in addition to the later component load situations. If z. For example, a RTM die with stops used for accurate positioning must have the preparation element 2 protrude so that stops and preparation element match each other. But also attachment to the fiber, the fabric, the preform in step A play in the choice of the preparation element 2 as well as the later findability in the matrix material 3 , the removability of the overlying matrix material 3 and the contactability in step C. In order to achieve the highest possible degree of automation of step A, it is advantageous for the preparation element 2 to select a mold that allows for machine feeding and automatic crimping, and for step C, as previously described, a contacting tab 20 Making Nondestructive Treatment for Fiber 1 and safe for the electrical connection 8th allows, such. B. a tube with attached preparation element as Kontaktierungslasche in 9 on the right in step C1 variant 1022 indicated.

Neben der Gestaltung des Vorbereitungselements 2 im Hinblick auf die Fertigungsmodalitäten, Gesenke und Anschläge im Schritt B ist es zusätzlich im Hinblick auf die Gestaltung des Abstands D des zur Matrixwerkstoffoberfläche 102 – z. B. die der Innenseite eines Fahrzeugs zugewandte Seite des Faserverbundbauteils 100 – auszulegen. D ist für die spätere Anschließbarkeit bei der Konstruktion und Herstellung des Körpers zu wählen. Liegt die Faser 1 sehr dicht unter der Oberfläche, kann die Erwärmung der Faser 1 durch den relativ hohen ohmschen Widerstand bei der Einleitung von Strömen auch als Heizung genutzt werden. Dies bietet sich z. B. in beheizten Lenkrädern in Carbonoptik, beheizten Pedalkulissen für den Fußraum oder auch in Armlehnen oder Schaltknäufen an. Dies kann beispielsweise in Gehäusebauteilen eingesetzt werden, um bei niedrigen Außentemperaturen das Vorheizen von Batterie und Steuergerätumhausung zur zuverlässigeren Funktionserfüllung zu ermöglichen. Der Abstand von Faser 1, respektive Vorbereitungselement 2 zur Außenhaut des Bauteils in Richtung Umweltseite sollte abhängig von den Belastungen und dem eingesetzten Matrixwerkstoff und den eingebetteten Fasern z. B. vorzugsweise im 4–10 mm Bereich gestaltet werden, um die feuchtigkeits- und kerb/reibempfindlichen Fasern, insbesondere bei der Verwendung von Kohlefasern, zu schützen.In addition to the design of the preparation element 2 with regard to the manufacturing modalities, dies and stops in step B, it is additionally in view of the design of the distance D of the matrix material surface 102 - z. B. the inside of a vehicle facing side of the fiber composite component 100 - to interpret. D is to be chosen for later connectivity in the design and manufacture of the body. Is the fiber lying 1 very close to the surface, can be the heating of the fiber 1 be used by the relatively high ohmic resistance in the introduction of currents as a heater. This offers z. As in heated steering wheels in carbon look, heated pedal frames for the footwell or in armrests or Schalthnäufen. This can be used, for example, in housing components, in order to allow preheating of the battery and the control unit housing for reliable functional performance at low outside temperatures. The distance from fiber 1 , respectively preparation element 2 to the outer skin of the component in the direction of the environment side should depend on the loads and the matrix material used and the embedded fibers z. B. preferably in the 4-10 mm range are designed to protect the moisture and notching / friction-sensitive fibers, especially in the use of carbon fibers.

Die Schritte A und B können auch kombiniert werden, wenn anstelle der Einbettung von elektrisch leitfähigen Fasern in Bauteile, bei denen die Verwendung der stabilisierenden Fasern als Ladungsträger unvorteilhaft wäre. Dazu können elektrisch leitende Spuren aus Kunststoff (z. B. durch das gezielte Beimengen von Carbonpulver, Nanometallpulver oder Einlegen vorgefertigte Kunststoffleiter in den Matrixwerkstoff zur Herstellung einer elektrisch anschließbaren Leitung) mit einem in diese Spur eingelassenen und an dieser Spur konnektiertem Vorbereitungselement 2 eingebettet werden.Steps A and B may also be combined if instead of embedding electrically conductive fibers into components where the use of the stabilizing fibers as charge carriers would be unfavorable. For this purpose, electrically conductive tracks made of plastic (for example, by deliberately adding carbon powder, nanometal powder or inserting prefabricated plastic conductors into the matrix material to produce an electrically connectable line) can be provided with a preparation element embedded in this track and connected to this track 2 be embedded.

Schritt C kann vorteilhaft durch das in 1 gezeigte und in 9 Verfahrerisvariante 1021 beschriebene Verfahren mit der Fließlochschraube 500 gelöst werden. Dennoch kann es für bestimmte Einsatzgebiete, z. B. nach Einbau eines solchen Faserverbundbauteils 100 in einen Karosserieinnenraum mit beschränkter Zugänglichkeit, erforderlich werden, zunächst in einem Teilschritt C1 9 Verfahrensschritt 1022 den Matrixwerkstoff über dem Vorbereitungselement herauszustanzen, -bohren, -fräsen, -stechen, -lösen und anschließend in einem zweiten Teilschritt C2 Verfahrensschritt Variante 1023 entweder ein festes Kontaktmaterial 50 oder ein elektrisch leitfähiges Fluid 51, wie in der Verfahrensvariante 1024 angedeutet, einzuführen. Für besonders empfindliche Einsatzbereiche, wie z. B. hochwertige Innenbereiche von Fahrzeugen ist es möglich, bei Schritt B wiederverschließbare Zugänge 31 in den Matrixwerkstoff 3 über dem Vorbereitungselement 2 einzugießen. Dabei zeigt 9 im Schritt C1 Verfahrensvariante 1022 rechtes Vorbereitungselement, einen eingebetteten Zugang 31, welcher über einen Verschluss 32 abgeschlossen ist. Der Verschluss 32 könnte zur elektrischen Verbindung 8 des Vorbereitungselements 2 mithilfe eines Spezialwerkzeugs völlig bearbeitungsfrei und sauber entfernt und anschließend mit Kontaktmaterial 50 verschlossen werden.Step C may be advantageous by the in 1 shown and in 9 Verfahrerisvariante 1021 described method with the flow hole screw 500 be solved. Nevertheless, it can for certain applications, eg. B. after installation of such a fiber composite component 100 in a body interior with limited accessibility, are required, first in a sub-step C1 9 step 1022 to punch out, drill, mill, pierce, and release the matrix material over the preparation element and then in a second substep C2 step Variant 1023 either a solid contact material 50 or an electrically conductive fluid 51 as in the process variant 1024 suggested to introduce. For particularly sensitive applications, such. B. high-quality interior areas of vehicles, it is possible in step B resealable access 31 in the matrix material 3 above the preparation element 2 pour. It shows 9 in step C1 process variant 1022 right preparation element, an embedded access 31 which has a closure 32 is completed. The closure 32 could be for electrical connection 8th of the preparation element 2 using a special tool completely clean and clean removed and then with contact material 50 be closed.

Der in 9 Schritt C2 Verfahrensvariante 1024 dargestellte Einsatz einer leitfähigen Flüssigkeit 51 als Kontaktmaterial zur Herstellung der elektrischen Verbindung 8 in dem Zugang 31 bietet sich an, wenn in der Nähe des Anschlussorts ein entsprechender Betriebsstoff verwendet wird und dieser über eine Leitung über die Zugangsöffnung 30 in den Zugang 31 geleitet werden kann. An anderer Stelle kann dann an dieser Fluidleitung ein zweiter elektrischer Anschluss 5 zum Einleiten oder Abnehmen von Strömen angeschlossen werden. Eine weitere Variante ist nach Eröffnung des Zugangs 31 ein mit Carbonpulver oder leitfähigen Nanopartikeln angereicherten Kunststoff in die auf diese Weise erzeugte Zugangsöffnung 30 zu pressen und zu verfestigen, quasi als festes Kontaktmaterial 50, und damit einen elektrischen Anschluss 5 herzustellen.The in 9 Step C2 method variant 1024 illustrated use of a conductive liquid 51 as a contact material for making the electrical connection 8th in the access 31 This is useful if a suitable fuel is used in the vicinity of the connection location and this is via a conduit via the access opening 30 in the access 31 can be directed. Elsewhere can then at this fluid line, a second electrical connection 5 be connected for introducing or removing currents. Another variant is after opening the access 31 a plastic enriched with carbon powder or conductive nanoparticles in the access opening created in this way 30 to press and solidify, as a kind of solid contact material 50 , and with it an electrical connection 5 manufacture.

3 zeigt eine Faser 1, die hier stellvertretend für z. B. ein Roving 110 oder einen Gewebeabschnitt 110 gezeichnet wurde. An der Faser 1 sind drei verschiedenartig geformte Vorbereitungselemente 210, 220, 230 befestigt. Das erste Vorbereitungselement 210 ist um die Faser 1 gequetscht und mit einer langen Kontaktierungslasche 20 versehen, welche Innen eine Materialeinsparungsöffnung 23 zur Gewichtsreduktion besitzt. Diese Kontaktierungslasche 20 wird – wie im Abschnitt über die Einbettung in Schritt B beschrieben – möglichst nah mit dem Kopf 21 an der Körperoberfläche 103 zur späteren Anschlussseite 102 positioniert, und ist so ohne Gefährdung der Faser 1 anzubohren oder zu durchstoßen. Dazu muss die Materialeinsparungsöffnung 23 zur Gewichtseinsparung in der Mitte so gewählt werden, dass noch genügend Material 22 zum sicheren Kontaktieren erhalten bleibt. Das mittlere Vorbereitungselement 220 ist ein nach beiden Seiten von der Faser 1 hinausragendes Quetschelement aus duktilem Metall mit Verformungsrillen 201. Das dritte Vorbereitungselement 230 ist in einer Form an die Faser 1 angeschmolzen worden und besitzt als Kopf 21 eine kugelförmige Materialperle, die zur prozesssicheren Anschließbarkeit aufgrund ihrer erhöhten Trefferfläche vorteilhaft ist. Es wäre auch möglich, das Vorbereitungselement 2 mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff an der Faser 1 zu befestigen oder dafür gestaltete Vorbereitungselemente 2 auf die Faser 1 aufzustecken und aufzufädeln, wobei eine leitfähige Verbindung über die Übergangswiderstandsfläche 4, an der der Übergangswiderstand entsteht, hergestellt werden muss. Eine Kontaktierungslasche 20 bzw. der nicht direkt mit der Faser verbundene Anteil des Vorbereitungselements 2 ist in einer solchen Weise gestaltet, dass er den Anforderungen der Positionierbarkeit im Herstellungsverfahren sowie dem späteren Kontaktieren von außen genügt. Dazu ist denkbar, die Kontaktierungslasche 20 mit mehreren Durchgangsöffnungen 24 zu versehen, damit sich der Matrixwerkstoff 3 dort hindurch verfestigen kann und das Vorbereitungselement 230 dadurch fest im Matrixwerkstoff 3 verankert ist. Das Einbringen von Haltenasen 25 oder Klinken 26 wäre ebenso zum Einlegen z. B. in ein Werkzeug zur Verquetschung des Vorbereitungselements an die Faser wie als Variante für Schritt A unter 9 Variante 1001 dargestellt und/oder der genauen Positionierung in einer Form für z. B. eines Gesenks zur Herstellung von Preforms gemäß 9 Variante 1003 als Vorbereitung in Schritt B gemäß 9 Variante 1011, 1012 denkbar. 3 shows a fiber 1 who are here representative of z. B. a roving 110 or a tissue section 110 was drawn. At the fiber 1 are three differently shaped preparation elements 210 . 220 . 230 attached. The first preparation element 210 is about the fiber 1 squeezed and with a long contacting tab 20 provided, which interior a material saving opening 23 for weight loss. This contacting tab 20 becomes as close as possible to the head as described in the section on embedding in step B. 21 on the body surface 103 to the later connection side 102 positioned, and so is without endangering the fiber 1 to pierce or pierce. This requires the material saving opening 23 to save weight in the middle to be chosen so that there is still enough material 22 for safe contact is maintained. The middle preparation element 220 is one on both sides of the fiber 1 protruding crushing element made of ductile metal with deformation grooves 201 , The third preparation element 230 is in a form to the fiber 1 has been melted and owns as a head 21 a spherical material bead, which is advantageous for reliable connection due to their increased impact area. It would also be possible to use the preparation element 2 with an electrically conductive adhesive on the fiber 1 to attach or designed for preparing elements 2 on the fiber 1 aufzusadeln and threaded, with a conductive connection over the contact resistance area 4 , at which the contact resistance arises, must be made. A contacting tab 20 or the portion of the preparation element not directly connected to the fiber 2 is designed in such a way that it meets the requirements of positioning in the manufacturing process as well as the subsequent external contact. For this purpose, the contacting tab is conceivable 20 with several through holes 24 to provide, so that the matrix material 3 can solidify there and the preparation element 230 thus firmly in the matrix material 3 is anchored. The introduction of retaining lugs 25 or pawls 26 would be as well to insert z. B. in a tool for squeezing the preparation element to the fiber as a variant of step A below 9 variant 1001 represented and / or the exact positioning in a mold for z. B. a die for the production of preforms according to 9 variant 1003 as preparation in step B according to 9 variant 1011 . 1012 conceivable.

In 4a wird in einem perspektivischen Schnitt IVa-IVa das Vorbereitungselement 210 aus 3 dargestellt. Man sieht die vollständige Ummantelung der Faser 1 mit dem Material 22 des Vorbereitungselements. Die Kontaktierungslasche 20 kann – je nach Einsatzgebiet – aus zwei flach übereinander liegenden und vercrimpten, verpressten oder verklebten Enden eines um die Faser 1 gebogenen Streifens bestehen, oder ein Vollelement sein, welches eine Bohrung für die Faser 1 aufweist und über dieser verquetscht oder verklebt wird. Der Bereich des Vorbereitungselements 210, welcher zum Verbinden mit der Faser 1 vorgesehen ist, kann auch mit einem Bördelrand zum Umbördeln der Faser 1 versehen sein. 4b zeigt einen Schnitt IVb-IVb durch das Vorbereitungselement 230 in 3. Hier sieht man, wie die Kontaktierungslasche 20 des Vorbereitungselements 230 am Kopf 21 eine Materialperle aufweist, die über ihre Dicke gut zu kontaktieren ist.In 4a becomes in a perspective section IVa-IVa the preparation element 210 out 3 shown. You can see the complete sheathing of the fiber 1 with the material 22 of the preparation element. The contacting tab 20 can - depending on the application - from two flat superimposed and crimped, pressed or glued ends of one around the fiber 1 consist of a bent strip, or be a full element, which is a bore for the fiber 1 and squeezed or glued over this. The area of the preparation element 210 which is for connecting to the fiber 1 is provided, can also with a bead for flanging the fiber 1 be provided. 4b shows a section IVb-IVb through the preparation element 230 in 3 , Here you can see how the Kontaktierungslasche 20 of the preparation element 230 at the head 21 has a material bead that is easy to contact across its thickness.

5a zeigt eine Draufsicht auf ein Fasergewebe 111 aus einzelnen Fasern 1, in das ein Vorbereitungselement 2, vergleichbar mit dem Vorbereitungselement 220 aus 3, mit Verformungsrillen 201 eingequetscht wurde. Schnitt Vb-Vb der 5b zeigt, dass sich auf dem Vorbereitungselement 220 eine Finne 27 befindet, welche in den Matrixwerkstoff vom Gewebe 111 aus abstehend hineinragt und so einen gewebefernen Anschluss ermöglicht. 5a shows a plan view of a fiber fabric 111 from single fibers 1 into which a preparation element 2 , comparable to the preparation element 220 out 3 , with deformation grooves 201 was squeezed. Cut Vb-Vb the 5b shows that is on the preparation element 220 a Finn 27 which is in the matrix material from the tissue 111 projecting from projecting and thus allows a tissue-remote connection.

In 6 wird eine weitere Ausführungsform 240 eines Vorbereitungselements 2 an einem Roving 110 gezeigt. Das Lötmaterial wird durch die Kapillarwirkung im Roving in die feinen Zwischenräume der Fasern 1 verteilt und ermöglicht somit eine gute Kontaktierung maximaler Oberfläche (Übergangswiderstandsfläche 4) und dadurch geringem Übergangswiderstand.In 6 becomes another embodiment 240 a preparation element 2 on a roving 110 shown. The soldering material is roving through the capillary action into the fine interstices of the fibers 1 distributed and thus allows a good contact surface maximum surface (contact resistance area 4 ) and thus low contact resistance.

Die 7a und 7b zeigen die Herstellung eines Faserhalbzeugs 9 zur Erzeugung eines Faserverbundbauteils 100 mittels eines RTM-Verfahrens im Prozessschritt des Einlegens der Fasern in ein zweigeteiltes Gesenk (90; 91, 92). In den Figuren 7a und 7b wird eine Kavität 93, die in das Unterteil 92 des Gesenks 90 eingearbeitet worden ist, gezeigt, in der das Vorbereitungselement 2 entweder als Anschlag oder als negative Form formschlüssig fixiert werden kann. In den Figuren werden zwei Verfahrensvarianten angedeutet. 7a zeigt das Einlegen eines Prepreg 112 welches bereits mit einem Vorbereitungselement versehen wurde und mit diesem an einer Kavitation 93 in dem Unterteil des Gesenks positioniert wird. 7b zeigt hingegen ein Preform ohne Vorbereitungselement 2. Bei dieser Verfahrertsvariante wird das Vorbereitungselement 2 getrennt von dem Prepreg in eine Kavitation 93 des unteren Gesenks 92 gelegt. Beim Schließen der Gesenkhälften 91, 92 wird das Vorbereitungselement 2 an die Fasern 1 gequetscht und gleichzeitig das Prepreg 112 in ein Preform 113 umgewandelt. Je nach Bauart der Gesenke 91, 92 ist es im gleichen Schritt möglich, dieses Preform 113 in einen fertigen Faserverbundkörper 101 durch Einlassen und Aushärten von Matrixwerkstoff 3 zu wandeln.The 7a and 7b show the production of a semifinished fiber product 9 to produce a Fiber composite component 100 by means of an RTM process in the process step of placing the fibers in a two-part die ( 90 ; 91 . 92 ). In the figures 7a and 7b becomes a cavity 93 in the lower part 92 of the die 90 has been incorporated, shown in the preparation element 2 can be fixed positively as a stop or as a negative form. In the figures, two variants of the method are indicated. 7a shows the insertion of a prepreg 112 which has already been provided with a preparation element and with this at a cavitation 93 is positioned in the lower part of the die. 7b shows, however, a preform without preparation element 2 , In this Verfahrertsvariante is the preparation element 2 separated from the prepreg into a cavitation 93 of the lower die 92 placed. When closing the die halves 91 . 92 becomes the preparation element 2 to the fibers 1 squeezed and at the same time the prepreg 112 in a preform 113 transformed. Depending on the design of the dies 91 . 92 it is possible in the same step, this preform 113 in a finished fiber composite body 101 by introducing and curing matrix material 3 to change.

2 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Abschnitt des Körpers 101 eines Faserverbundbauteils 100 mit der in elektrisch isolierenden Matrixwerkstoff 3 eingebetteten Faser 1 mit drei Vorbereitungselementen 2. Von diesen drei Vorbereitungselementen 2 aus duktilem Material, wie z. B. Kupfer, Messing oder Silberlot, sind zwei durch die in 9 vorgestellten Verfahrensschritte C1: Entfernung des Matrixwerkstoffes 3 über dem Vorbereitungselement 2 mit einem Zugang 30 und C2: Einführen von Kontaktmaterial 50 und Herstellung eines elektrischen Anschlusses 5 verbunden worden. Die Ausführung der festen Kontaktmaterialien 50 zeigt zwei verschiedene Spitzen, die je nach Vorbereitungselement 2 und konstruktiver Situation z. B. auch mit Widerhaken oder Bohrspitze gewählt werden können. Die elektrische Verbindung 8 entsteht an der Kontaktstelle zwischen Vorbereitungselement 2 und elektrischem Kontaktmaterial 50. Zur sicheren und dauerhaften Kontaktierung kann z. B. ein Lötmittel mit eingebracht werden oder die beiden Metalle durch induktives Erwärmen form- und stoffschlüssig verbunden werden. Über ein abführendes oder zuleitendes Anschlusskabel 550 am Kontaktmaterial 50 wird die Verbindung zur Peripherie hergestellt. Hierfür sind mehrere Ausführungen denkbar, die von einem einfachen Kontaktschuh 552 über eine angelötete Verbindung bis zu einer Steckverbindung mit gegenseitiger Ausbildung von clipsbaren, wieder lösbaren Raststeckern in Metall oder Metall-/Kunststoff-Ausführung reichen. Eine Dichtung 7 sorgt an der Zugangsöffnung 30 des Zugangs 31 dafür, dass keine Medien aus der Umwelt in den Körper 101 eindringen. Diese Dichtung 7 kann aus Gummi bestehen, oder aus Dichtmasse, wie z. B. Silikon. Ist ein späteres Lösen des Kontakts zu Reparaturzwecken nicht erforderlich, kann das Kontaktmaterial 50 fest eingeklebt werden oder nach Schaffung der Zugangsöffnung 30 und Anbindung an das Vorbereitungselement 2 mit Matrixwerkstoff 3 oder anderen Harzen in Zugang 31 und Zugangsöffnung 30 fixiert werden. 2 shows in a sectional view a portion of the body 101 a fiber composite component 100 with the in electrically insulating matrix material 3 embedded fiber 1 with three preparation elements 2 , From these three preparation elements 2 made of ductile material, such. As copper, brass or silver solder, two by the in 9 presented method steps C1: removal of the matrix material 3 above the preparation element 2 with an access 30 and C2: introducing contact material 50 and making an electrical connection 5 been connected. The execution of solid contact materials 50 shows two different tips, depending on the preparation element 2 and constructive situation z. B. can also be selected with barbs or drill tip. The electrical connection 8th arises at the point of contact between the preparation element 2 and electrical contact material 50 , For safe and permanent contact z. B. a solder are introduced or the two metals are positively and cohesively connected by inductive heating. Via a laxative or supply cable 550 on the contact material 50 the connection to the periphery is made. For this purpose, several designs are possible, that of a simple contact shoe 552 extend over a soldered connection to a connector with mutual training of clippable, re-releasable locking plugs in metal or metal / plastic design. A seal 7 ensures at the access opening 30 of access 31 that no media from the environment in the body 101 penetration. This seal 7 may be made of rubber, or of sealant, such as. Silicone. If a later release of the contact for repair purposes is not required, the contact material 50 firmly glued or after creation of the access opening 30 and connection to the preparation element 2 with matrix material 3 or other resins in access 31 and access opening 30 be fixed.

Um den Matrixwerkstoff 3 über einem Vorbereitungselement 2 zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses, wie in Schritt C 9 beschrieben, zu entfernen, muss bekannt sein, wo sich genau das Vorbereitungselement 2 befindet. Das kann zum einen durch ein genaues Positionieren des Vorbereitungselements 2 beim Einbetten in Matrixwerkstoff erfolgen, so dass beim späteren Verbau des Faserverbundbauteils 100 schon allein durch die Lage im Faserverbund die Position definiert ist. Zum anderen kann es Vertiefungen oder ähnliche Markierungen an der Außenhaut des Faserverbundbauteils 100 geben. Ein dritte Möglichkeit, die bei der Herstellung des Faserverbundbauteils den Vorteil aufweist, dass nicht so hohe Vorbereitung zur genauen Platzierung getroffen werden müssen, und es nach Fertigstellung des Faserverbundbauteils keine von außen sichtbaren Markierungen gibt, ist das Detektieren des metallischen Vorbereitungselements 2 mit einem z. B. induktiv arbeitenden Messgerät 6 mit einem Sensor 60 (siehe 2). In einem Abstand A wird damit über das Faserverbundbauteil 100 gefahren, um an den detektierten Stellen (meist angezeigt durch einen maximalen Ausschlag des Messgeräts 6) den Matrixwerkstoff 3 zum elektrischen Anschluss über ein Vorbereitungselement 2 zu entfernen. Ein mit optischem Sensor 60 oder mit Messtaster arbeitendes Messgerät kann z. B. bei voller Automatisierung des Montage oder elektrischen Anschlussprozesses und entsprechender Gestaltung der Faserverbundbauteile 100 ebenfalls als Lokalisierer für die im Matrixwerkstoff 3 eingebetteten Vorbereitungselemente 2 verwendet werden.To the matrix material 3 over a preparation element 2 for making an electrical connection, as in step C. 9 described, it must be known where exactly the preparation element 2 located. This can firstly by a precise positioning of the preparation element 2 when embedded in matrix material, so that during later installation of the fiber composite component 100 the position is defined solely by the position in the fiber composite. On the other hand, it can depressions or similar markings on the outer skin of the fiber composite component 100 give. A third possibility, which has the advantage in the production of the fiber composite component that not so much preparation for accurate placement must be made, and there are no externally visible marks after completion of the fiber composite component, is the detection of the metallic preparation element 2 with a z. B. inductively working measuring device 6 with a sensor 60 (please refer 2 ). At a distance A is thus on the fiber composite component 100 Drove to the detected points (usually indicated by a maximum rash of the meter 6 ) the matrix material 3 for electrical connection via a preparation element 2 to remove. One with optical sensor 60 or with measuring probe working meter can z. B. at full automation of the assembly or electrical connection process and appropriate design of fiber composite components 100 also as a localizer for those in the matrix material 3 embedded preparation elements 2 be used.

In 8 sieht man einen perspektivisch aufgeschnittenen Teil eines Körpers 101 eines Faserverbundbauteils 100, z. B. eines Trägers. In diesem Träger sind Kohlenstofffaserrovings 110 so mit Vorbereitungselementen 2 verbunden worden, dass sich die Form der Vorbereitungselemente 2 an der Außenseite 102 des Körpers 101 abzeichnet. Dadurch ist auch im verbauten Zustand die Position der Vorbereitungselemente 2 einfach erkennbar, so dass sie ohne weitere Messgeräte 6 zum Detektieren, wie z. B. in 2 angedeutet, gemäß Verfahrensschritt C kontaktiert werden können.In 8th you can see a perspective cut-open part of a body 101 a fiber composite component 100 , z. B. a carrier. In this vehicle are carbon fiber rovings 110 so with preparation elements 2 that has been linked to the shape of the preparation elements 2 on the outside 102 of the body 101 looming. As a result, even in the installed state, the position of the preparation elements 2 Easily recognizable, leaving them without any further gauges 6 to detect, such. In 2 indicated, according to method step C can be contacted.

Ein Faserverbundbauteil 100 mit mehreren Vorbereitungselementen 2 an einem Roving 110, wie in 2 und 8 gezeigt, bietet einige vorteilhafte Anwendungen. Mit mehreren Vorbereitungselementen 2 können zum einen elektrische Verbindungen innerhalb des Faserverbundbauteils, z. B. für Signale oder geringe Ströme von einem Vorbereitungselement 2 zum anderen, dargestellt werden, zum anderen können auch je nach Einbausituation unterschiedliche Vorbereitungselemente 2 genutzt werden. Je nach verbundener Faser 1 besteht z. B. auch die Möglichkeit der Wärmeerzeugung an der Oberfläche 102 des Faserverbundbauteils 100 oder das Übertragen von Signalen. Auch eine strukturelle Prüfung der Fasern 1 im Innern eines CFK-Verbundbauteils 100 anhand seiner spezifischen Widerstandswerte z. B. nach einem Crash wäre über solch eingegossene Vorbereitungselemente 2 möglich.A fiber composite component 100 with several preparation elements 2 on a roving 110 , as in 2 and 8th shown offers some advantageous applications. With several preparation elements 2 can on the one hand electrical connections within the fiber composite component, z. For example Signals or low currents from a preparation element 2 on the other hand, depending on the installation situation, different preparation elements can be used 2 be used. Depending on the connected fiber 1 exists z. B. also the possibility of heat generation on the surface 102 of the fiber composite component 100 or transmitting signals. Also a structural examination of the fibers 1 inside a CFRP composite component 100 based on its specific resistance values z. B. after a crash would be over such cast-in preparation elements 2 possible.

Ein weiterer Einsatz von mehreren Vorbereitungselementen 2 an einem Faserstrang 110 kann z. B. der Anschluss von Leuchtdioden im Interieur sein. So lässt sich über mehrere Vorbereitungselemente 2 an einem Carbonfaserroving 110 in einem CFK-Faserverbundbauteil 100 an verschiedenen Stellen im Interieur ein variantenreicher Sternenhimmel oder eine indirekte Beleuchtung realisieren über verschiedene elektrische Anschlüsse 5.Another use of several preparation elements 2 on a fiber strand 110 can z. B. the connection of LEDs in the interior. This can be done over several preparation elements 2 at a carbon fiber roving 110 in a CFRP fiber composite component 100 At various points in the interior, a varied starry sky or indirect lighting can be realized via various electrical connections 5 ,

Eine Anwendung, bei der nur ein Vorbereitungselement 2 an einer Stelle angeschlossen wird, ist das Einleiten von Masseströmen analog zu Blechkarosserieteilen. Hierbei kommt es weniger auf das Durchleiten von Strömen über die Fasern 1 als das Einleiten bzw. Ableiten von elektrischer Ladung an. Eine andere Form der Nutzung nur eines Vorbereitungselements 2 wäre der Anschluss einer im Faserverbundbauteil 100 eingegossenen Antenne.An application where only one preparation element 2 is connected at one point, the introduction of mass flows analogous to sheet metal body parts. It is less on the passage of currents through the fibers 1 as the initiation or dissipation of electrical charge. Another form of using only one preparation element 2 the connection would be one in the fiber composite component 100 cast antenna.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Faserfiber
22
Vorbereitungselementpreparation member
33
MatrixwerkstoffMatrix material
44
ÜbergangswiderständeContact resistance
55
elektrischer Anschlusselectrical connection
66
Messgerätgauge
77
Dichtungpoetry
88th
elektrische Verbindungelectrical connection
99
Faserhalbzeug mit VorbereitungselementSemi-finished fiber with preparation element
1010
Roving mit VorbereitungselementRoving with preparation element
1111
Gewebe mit VorbereitungselementFabric with preparation element
1212
Prepreg mit VorbereitungselementPrepreg with preparation element
1313
Preform mit VorbereitungselementPreform with preparation element
2020
Kontaktierungslaschecontacting tab
2121
LaschenkopfLasch head
2222
VorbereitungselementmaterialPreparation element material
2323
MaterialeinsparungsöffnungMaterial savings opening
2424
DurchgangsöffnungThrough opening
2525
Haltenaseretaining nose
2626
Klinkepawl
2727
Finnefin
3030
Zugangsöffnungaccess opening
3131
ZugangAccess
3232
Verschlussshutter
5050
festes Kontaktmaterialsolid contact material
5151
elektrisch leitfähige Flüssigkeitelectrically conductive liquid
6060
Sensorsensor
9090
Gesenk für PreformDie for preform
9191
Oberteil des GesenksTop part of the die
9292
Unterteil des GesenksLower part of the die
9393
Kavitätcavity
100100
FaserverbundbauteilFiber composite component
101101
Körperbody
102102
Körperoberfläche AnschlussseiteBody surface connection side
103103
Körperoberflächebody surface
110110
Faserbündel/RovingFiber bundles / roving
111111
Gewebetissue
112112
Prepregprepreg
113113
Preformpreform
201201
Quetschrille/Verformungsrille QuetschelementCrushing groove / deformation groove Crimping element
210210
1. Vorbereitungselement1. preparation element
220220
2. Quetschelement2. squeezing element
230230
3. gebohrtes Element mit Kugelkopf3. drilled element with ball head
240240
4. Vorbereitungselement aus Lötperle4. Preparation element from solder bump
500500
FließlochschraubeFlow punch screw
510510
FließlochschrauberkopfFlow punch screwdriver head
550550
Anschlusskabelconnection cable
552552
KontaktschuhContact Shoe
AA
Abstand zwischen 60 und 102 distance between 60 and 102
DD
Abstand zwischen 2 und 102 distance between 2 and 102
SS
Sicherheitsabstand zwischen 1 und 21 Safety distance between 1 and 21
QQ
Quellesource
VV
Verbraucherconsumer
10001000
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit Vorbereitungselement zum elektrischen AnschlussMethod for producing a fiber composite component with preparation element for electrical connection
10011001
Vorbereitungselement an Faser oder Roving befestigen, anschließend zu Roving oder Gewebe webenAttach preparation element to fiber or roving, then weave to roving or tissue
10021002
Gewebe mit Vorbereitungselement versehen, anschließend zu Prepreg/Preform bebindern und formenProvide fabric with preparation element, then bind to prepreg / preform and shape
10031003
Preform mit Vorbereitungselement versehenPreform provided with preparation element
10111011
Roving oder Gewebe mit Vorbereitungselement durch RTM zu FVK-KörperRoving or tissue with prep element by RTM to FVK body
10121012
Preform durch RTM zu FVK-KörperPreform by RTM to FVK body
10211021
Anbohren & Kontaktieren in einem Schritt mit FließlochschraubeDrilling & contacting in one step with flow hole screw
10221022
Entfernung von MatrixwerkstoffRemoval of matrix material
10231023
Einbringen von KontaktmaterialIntroduction of contact material
10241024
Einbringen von elektrisch leitfähiger FlüssigkeitIntroducing electrically conductive liquid

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007029525 A1 [0001, 0005] DE 102007029525 A1 [0001, 0005]
  • DE 2057017 A1 [0005] DE 2057017 A1 [0005]
  • US 200410012478 A1 [0005] US 200410012478 A1 [0005]

Claims (14)

Faserverbundbauteil (100) – mit einem Körper (101), der zumindest abschnittsweise aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem elektrisch isolierenden Matrixwerkstoff (3) besteht – mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Faser (1), die zumindest abschnittsweise in den Körper (101) eingebettet ist und die mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230, 240) zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230, 240) vollständig vom Matrixwerkstoff (3) umschlossen ist.Fiber composite component ( 100 ) - with a body ( 101 ), which at least partially from a fiber composite material with an electrically insulating matrix material ( 3 ) - with at least one electrically conductive fiber ( 1 ), which at least partially into the body ( 101 ) and which is provided with at least one electrically conductive preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) for making an electrical connection ( 5 ), characterized in that the at least one preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) completely from the matrix material ( 3 ) is enclosed. Faserverbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorbereitungselemente (2, 210, 220, 230, 240) in das gleiche Faserverbundbauteil (100) an eine oder mehrere Fasern (1, 110, 111) verbunden und vollständig von Matrixwerkstoff (3) umschlossen sind.Fiber composite component according to claim 1, characterized in that several preparation elements ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) in the same fiber composite component ( 100 ) to one or more fibers ( 1 . 110 . 111 ) and completely of matrix material ( 3 ) are enclosed. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230, 240) aus einem Metall besteht.Fiber composite component according to one of claims 1 or 2, characterized in that the preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) consists of a metal. Faserverbundbauteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230, 240) mittels einer Quetschverbindung mit der Faser (1) verbunden ist.Fiber composite component according to claim 1 to 3, characterized in that the preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) by means of a crimp connection with the fiber ( 1 ) connected is. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereitungselement (2, 240) durch ein Lötverfahren mit der Faser (1) verbunden ist.Fiber composite component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preparation element ( 2 . 240 ) by a soldering process with the fiber ( 1 ) connected is. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230, 240) in Material, Form und/oder Lage im Matrixwerkstoff (3) so gestaltet ist, dass es in dem fertigen Faserverbundbauteil (100) ggf. mit einem Hilfsmittel (12) in seiner Lage genau bestimmbar ist.Fiber composite component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) in material, shape and / or position in the matrix material ( 3 ) is designed so that in the finished fiber composite component ( 100 ) if necessary with an aid ( 12 ) is precisely determinable in its position. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230) eine Kontaktierungslasche (20) besitzt, welche eine elektrische Verbindung (8) mit einem elektrischen Anschluss (5) in einem Sicherheitsabstand (s) von der Faser ermöglichtFiber composite component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 ) a contacting tab ( 20 ), which has an electrical connection ( 8th ) with an electrical connection ( 5 ) at a safety distance (s) from the fiber Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Faser (1) und/oder das Vorbereitungselement (2, 210, 220, 230, 240) mechanisch und/oder chemisch oberflächenbehandelt ist, derart dass ein spezifischer Übergangswiderstand zwischen Vorbereitungselement und Faser bei 23°C weniger als 1 × 10–5 Ohm·cm beträgt.Fiber composite component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conductive fiber ( 1 ) and / or the preparation element ( 2 . 210 . 220 . 230 . 240 ) is mechanically and / or chemically surface-treated such that a specific contact resistance between the preparation element and fiber at 23 ° C is less than 1 x 10 -5 ohm.cm. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung (8) zwischen einem elektrischen Anschluss (5) und einer elektrisch leitfähigen, zumindest abschnittsweise in einen elektrisch isolierenden Matrixwerkstoff (3) eingebetteten Faser (1), wobei – die Faser (1) mit einem elektrisch leitfähigen Vorbereitungselement (2) verbunden wird (Schritt A), – die Faser gemeinsam mit dem Vorbereitungselement (2) zumindest abschnittsweise in den Matrixwerkstoff eingebettet wird (Schritt B), – die elektrische Verbindung (8) zwischen dem Vorbereitungselement (2) und dem elektrischen Anschluss (5) hergestellt wird (Schritt C), dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorbereitungselement (2) vollständig in den Matrixwerkstoff (3) eingebettet wird, und – zur Herstellung der elektrischen Verbindung (8) eine das Vorbereitungselement (2) allseitig umgebender Matrixwerkstoff (3) zumindest abschnittsweise entfernt oder verdrängt wird.Method for producing an electrical connection ( 8th ) between an electrical connection ( 5 ) and an electrically conductive, at least in sections in an electrically insulating matrix material ( 3 ) embedded fiber ( 1 ), where - the fiber ( 1 ) with an electrically conductive preparation element ( 2 ) (step A), - the fiber together with the preparation element ( 2 ) is at least partially embedded in the matrix material (step B), - the electrical connection ( 8th ) between the preparation element ( 2 ) and the electrical connection ( 5 ) is prepared (step C), characterized in that - the preparation element ( 2 ) completely in the matrix material ( 3 ), and - for making the electrical connection ( 8th ) a preparatory element ( 2 ) surrounding matrix material ( 3 ) is at least partially removed or displaced. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereitungselement (2) im Zuge des Prozessschritts (A) in einer vordefinierten Position an der Faser befestigt wird.Method according to claim 9, characterized in that the preparation element ( 2 ) is attached to the fiber in a predefined position during process step (A). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Prozessschritts (A) – die Faser (1) in ein Roving (110) oder ein Gewebe (111) eingebracht wird, und – das Vorbereitungselement (2) in einer vordefinierten Position an der im Gewebe (111) oder Roving (110) enthaltenen Faser (1) befestigt wird.A method according to claim 9, characterized in that in the course of the process step (A) - the fiber ( 1 ) into a roving ( 110 ) or a tissue ( 111 ), and - the preparatory element ( 2 ) in a predefined position on the tissue ( 111 ) or roving ( 110 ) contained fiber ( 1 ) is attached. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Prozessschritts (A) – die Faser (1) in ein Roving (110) oder ein Gewebe (111) eingebracht wird, – das Roving (110) oder Gewebe (111) zu einem Prepreg (2-dimensional) (112) oder Preform (3-dimensional) (113) umgeformt wird, und – das Vorbereitungselement (2) in einer vordefinierten Position an dem Prepreg (112)/Preform (113) befestigt wird.A method according to claim 9, characterized in that in the course of the process step (A) - the fiber ( 1 ) into a roving ( 110 ) or a tissue ( 111 ), - the roving ( 110 ) or tissue ( 111 ) to a prepreg (2-dimensional) ( 112 ) or preform (3-dimensional) ( 113 ), and - the preparation element ( 2 ) in a predefined position on the prepreg ( 112 ) / Preform ( 113 ) is attached. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (8) zwischen dem Vorbereitungselement (2) und dem elektrischen Anschluss (5) (Schritt C) mittels eines einzuführenden festen Kontaktmaterials (50), wie z. B. einer Fließlochschraube (500) hergestellt wird.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the electrical connection ( 8th ) between the preparation element ( 2 ) and the electrical connection ( 5 ) (Step C) by means of a solid contact material to be introduced ( 50 ), such. B. a flow hole screw ( 500 ) will be produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (8) zwischen dem Vorbereitungselement (2) und dem elektrischen Anschluss (5) (Schritt C) – in einem ersten Schritt (Schritt C1) ein Zugang (31) zum elektrisch leitfähig anschließbarem Vorbereitungselement durch den Matrixwerkstoff mittels einer Zugangsöffnung (30) hergestellt wird, – und in einem zweiten Schritt (Schritt C2) eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit (51), z. B. in Form eines umgebenden Betriebsstoffes in die Zugangsöffnung (30) in den Zugang (31) bis zum Vorbereitungselement (2) eingebracht wird, – und das elektrisch leitfähige Fluid (51) an einer Stelle fern des Vorbereitungselements über einen in eine Leitungsbahn für dieses Fluid eingeführten elektrischen Kontakt (5) elektrisch angeschlossen wird.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the electrical connection ( 8th ) between the preparation element ( 2 ) and the electrical connection ( 5 ) (Step C) - in a first step (step C1) an access ( 31 ) to the electrically conductive connectable preparation element through the matrix material by means of an access opening ( 30 ) and in a second step (step C2) an electrically conductive liquid ( 51 ), z. B. in the form of a surrounding fuel into the access opening ( 30 ) in the access ( 31 ) to the preparation element ( 2 ), and - the electrically conductive fluid ( 51 ) at a location remote from the preparation element via an electrical contact introduced into a pathway for this fluid ( 5 ) is electrically connected.
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