DE112015001211T5 - Verbundaufbau und dessen Herstellungsverfahren - Google Patents

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Hirokazu Kawabe
Yuji Yamashita
Takeki Matsumoto
Yoshiteru Inamoto
Kiyohito Kondo
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Aisin Takaoka Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

Ein Verbundaufbau mit einem laminierten Aufbau, der aus faserverstärktem Kunststoff und metallischem Material hergestellt ist, weist ein oder mehrere Basisbauteile, die aus metallischem Material hergestellt sind, und ein oder mehrere Verstärkungsbauteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, auf, bei dem das eine oder die mehreren Verstärkungsbauteile aufweisen: ein oder mehrere erste Verstärkungsteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, der Verstärkungsfasern ausweist, die unidirektional ausgerichtet sind, und ein oder mehrere zweite Verstärkungsteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, der mindestens Verstärkungsfasern aufweist, die in einer Querrichtung relativ zu der unidirektionalen Richtung, in der die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren ersten Verstärkungsteile ausgerichtet sind, ausgerichtet sind, und zwischen dem einen oder den mehreren Basisbauteilen und dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilen vorgesehen sind, bei dem das eine oder die mehreren Verstärkungsbauteile ferner ein thermofixierbares Harz aufweisen, das an einer Verbindungsstelle mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen umfasst ist.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • (Querverweis auf verwandte Anmeldung)
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der JP-Patentanmeldung Nr. 2014-050752 , die am 13. März 2014 in Japan eingereicht wurde, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme mitaufgenommen ist. Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbundaufbau, der aus metallischen Material und faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • [Hintergrund]
  • Derartige Verbundstrukturen und deren Herstellungsverfahren sind bekannt, zum Beispiel so, wie sie in der JP2010-149350A und WO2013-146900A offenbart sind.
  • [Zitierliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1]
    • JP2010-149350A
  • [PTL 2]
  • [Zusammenfassung]
  • [Technisches Problem]
  • Die nachfolgende Analyse wird durch die vorliegende Erfindung gegeben. In dieser Art von Verbundaufbau weist eine Fügestelle (Kontakt- bzw. Klebe- bzw. Verbundstelle) zwischen einem faserverstärkten Kunststoffteil und einem Metallteil ein Problem dahingehend auf, dass Verformung und Delaminierung auftreten, insbesondere aufgrund eines Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den zwei Teilen. Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der wie beispielhaft oben angegebenen Situation etc. gemacht.
  • [Lösung des Problems]
  • In Anbetracht der oben angegebenen Situation ist gemäß einem ersten Aspekt ein Verbundaufbau mit einem laminierten (geschichteten) Aufbau, der aus faserverstärktem Kunststoff und metallischem Material hergestellt ist, vorgesehen, aufweisend: ein oder mehrere Basisbauteile, die aus metallischem Material hergestellt sind, und ein oder mehrere Verstärkungsbauteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind. Das eine oder die mehreren faserverstärkten Bauteile weisen auf: ein erstes oder mehrere erste Verstärkungsteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, aufweisend Verstärkungsfasern, die unidirektional ausgerichtet sind, und ein oder mehrere zweite Verstärkungsteile, die aus faserverstärktem Kunststoff, der mindestens Verstärkungsfasern, die in einer Querrichtung relativ zu der unidirektionalen Richtung, in der die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren ersten Verstärkungsteile ausgerichtet sind, ausgerichtet sind, aufweist, hergestellt und zwischen dem einen oder den mehreren Basisbauteilen und dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilen vorgesehen sind. Das eine oder die mehreren Verstärkungsbauteile weisen ferner ein thermofixierbares (thermoaushärtbares) (Kunst-)Harz auf, das an einer Verbindungsstelle mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen umfasst ist.
  • In faserverstärktem Kunststoff besteht ein Unterschied in einem Betrag (einer Größe) der Wärmeausdehnung oder Kälteschrumpfung zwischen in einer Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern (kann nachfolgend einfach als „Orientierungsrichtung” bezeichnet werden) und in einer Richtung, die die Orientierungsrichtung kreuzt bzw. quert (typischerweise orthogonal). Bei Verwendung von unidirektionalem faserverstärkten Kunststoff, sogenanntes „UD-(unidirektionales)Material” wird eine Anisotropie der Ausdehnung oder Schrumpfung in Abhängigkeit von der Orientierungsrichtung erzeugt. In dem UD-Material ist der Betrag der Ausdehnung oder Schrumpfung in der Richtung, die die Orientierungsrichtung orthogonal kreuzt, größer als der Betrag in der Orientierungsrichtung. Eine solche Anisotropie bewirkt eine Verformung oder Delaminierung an der Fügestelle bzw. Verbindungsstelle.
  • In einem Verbundaufbau gemäß dem ersten Aspekt weist das eine oder die mehreren Verstärkungsbauteile, die mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen verbunden (gefügt) sind, das erste und zweite Verstärkungsteil (Schicht) auf, umfassend das thermofixierbare Harz an der Verbindungsstelle mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen, bei dem Orientierungsrichtungen der Verstärkungsfasern, die in dem ersten und zweiten Verstärkungsteil umfasst sind, einander kreuzen. Folglich wird die Verbindung zwischen dem einen oder den mehreren Basisbauteilen und dem einen oder den mehreren Verstärkungsbauteilen einfach und fest durchgeführt, und eine Ausdehnung und Schrumpfung des einen oder der mehreren Verstärkungsbauteile bei Erwärmen und Abkühlen sind so isotrop (in allen Richtungen gleich) möglich. Demnach kann der Verbundaufbau faserverstärkte Eigenschaften, die durch das UD-Material vorgesehen werden, in dessen Orientierungsrichtung erhalten, wobei das Auftreten von Verformung oder Delaminierung an der Fügestelle (Verbindungsstelle) unterdrückt wird.
  • In einem bevorzugten Verbundaufbau ist das eine zweite oder die mehreren zweiten Verstärkungsteile aufweisend das thermohärtbare (thermofixierbare) Harz direkt mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen gefügt (verbunden). Gemäß einer solchen bevorzugten Konfiguration wird der Verbundaufbau mit der oben genannten Konfiguration gemäß dem ersten Aspekt durch ein einfaches oder simples Herstellungsverfahren produziert.
  • In einem bevorzugten Verbundaufbau ist das eine erste oder die mehreren ersten Verstärkungsteile aufweisend das thermofixierbare Harz direkt mit dem einen oder den mehreren zweiten Verstärkungsteilen verbunden. Gemäß einer solchen bevorzugten Konfiguration wird der Verbundaufbau mit der oben genannten Konfiguration durch ein einfaches oder simples Herstellungsverfahren produziert.
  • In einem bevorzugten Verbundaufbau weisen das eine zweite oder die mehreren zweiten Verstärkungsteile ein oder mehrere Gewebebauteile auf, bei dem Verstärkungsfasern, die in dem einen oder den mehreren Gewebebauteilen umfasst sind, als die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteile verwendet werden. Gemäß einer solchen bevorzugten Konfiguration sind in dem einen oder den mehreren zweiten Verstärkungsteilen, die an einer Basisbauteilseite des Verstärkungsbauteils angeordnet sind, eine Ausdehnung und Schrumpfung bei Erwärmung und Abkühlung so isotrop wie möglich. Demnach wird eine Verformung oder Delaminierung, die an der Verbindungsstelle erzeugt wird, weiter unterdrückt.
  • In einem bevorzugten Verbundaufbau ist mindestens eines von den ersten und zweiten Verstärkungsteilen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Der bevorzugte Verbundaufbau mit einer solchen Konfiguration kann die oben genannten vorteilhaften Eigenschaften aufweisen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus mit einem laminierten Aufbau, der aus faserverstärktem Kunststoff und metallischem Material hergestellt ist, vorgesehen, aufweisend:
    • (i) Laminieren (Schichten) eines oder mehrerer Basisbauteile, die aus metallischem Material hergestellt sind, eines oder mehrerer erster Verstärkungsteilvorprodukte, die aus einem oder mehreren Prepregs (Harzmatten bzw. vorimprägnierte Fasern) ausgebildet sind, die aus faserverstärktem Kunststoff mit Verstärkungsfasern, die unidirektional ausgerichtet sind, hergestellt sind, und einem oder mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukten, die aus einem oder mehreren Prepregs ausgebildet sind, die aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, der mindestens Verstärkungsfasern aufweist, die in einer Querrichtung relativ zu der unidirektionalen Richtung, in der die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukte ausgerichtet sind, zueinander ausgerichtet sind, durch Vorsehen des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte zwischen dem einen oder den mehreren Basisbauteilen und dem einen oder den mehreren Verstärkungsteilvorprodukten, und
    • (ii) Erwärmen des laminierten (geschichteten) Aufbaus, der durch das Laminieren erzeugt wurde, aufweisend das eine oder die mehreren Basisbauteil, das eine oder die mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukte und das eine oder die mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte.
  • In einem bevorzugten Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus weist das Laminieren auf: direktes Verbinden des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte umfassend Thermofixieren (Thermohärten) eines Harzes vor dem Härten mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen, und direktes Verbinden des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte mit dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukten umfassend thermofixierbares Harz vor dem Härten, wodurch der laminierte Aufbau produziert wird.
  • In einem bevorzugten Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus weist (i) das Laminieren auf:
    • (ia) Legen der ersten und zweiten Verstärkungsteilvorprodukte, die Plattenformen aufweisen, zwischen das eine oder die mehreren Basisbauteile, die in einer (Press-)Form eines Paares von (Press-)Formen eingelegt sind, und einer anderen (Press-)Form des Paares der (Press-)Formen, und
    • (ib) Schließen des Paares der Formen zum Ausbilden des oben genannten laminierten Aufbaus, wodurch die ersten und zweiten Verstärkungsteilvorprodukte in eine oder mehrere vorbestimmte Formen ausgebildet werden, und wobei
    • (ii) das Erwärmen aufweist: Erwärmen des laminierten Aufbaus, der in dem Paar der Formen, die geschlossen sind, erwärmt wird.
  • In einem bevorzugten Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus weisen das eine oder die mehreren zweiten Verstärkungsteile ein oder mehrere Gewebebauteile auf, bei dem die Verstärkungsfasern, die in dem einen oder den mehreren Gewebebauteilen umfasst sind, als die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteile verwendet werden.
  • In einem bevorzugten Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus wird mindestens eines von den ersten und zweiten Verstärkungsteilvorprodukten als eines oder mehrere Prepregs, die aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, ausgebildet.
  • Gemäß den oben genannten bevorzugten Verfahren werden die oben genannten bevorzugten Verbundstrukturen durch ein einfaches oder simples Herstellungsverfahren produziert.
  • [Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
  • 1 ist eine schematische Draufsicht, die eine ungefähre Konfiguration eines Verbundaufbaus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 in 1.
  • 3 ist eine schematische Teilvergrößerungsansicht, die den Verbundaufbau von 2 darstellt.
  • 4 ist eine schematische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren gemäß der einen beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die das Herstellungsverfahren gemäß der einen beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • 6 ist eine schematische Ansicht, die das Herstellungsverfahren gemäß der einen beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • 7 ist eine schematische Ansicht, die das Herstellungsverfahren gemäß der einen beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • 8 ist eine schematische Querschnittsvergrößerungsansicht, die den Verbundaufbau darstellt, der von dem Herstellungsverfahren, wie in
  • 7 gezeigt, produziert wurde.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • Nachfolgend ist eine beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zusätzlich sind Modifikationen und/oder Variationen an dem Ende der Beschreibung angegeben, da das Verständnis der Erklärung der konsistenten einen beispielhaften Ausführungsform gestört würde, wenn solche Modifikationen und/oder Variationen in der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform eingesetzt waren.
  • <Struktur des Verbundaufbaus>
  • 1 ist eine schematische Draufsicht, die eine ungefähre Konfiguration eines Verbundaufbaus (einer Verbundstruktur bzw. eines Kompositaufbaus) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 in 1. 3 ist eine schematische Teilvergrößerungsansicht, die den Verbundaufbau von 2 darstellt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1–3 der Verbundaufbau gemäß der einen beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
  • Der Verbundaufbau 10, der eine vorbestimmte (voreingestellte) Längsrichtung (parallel zu einer Richtung von oben nach unten in einer Fig.) aufweist, wie in 1 gezeigt ist, ist in einer Kappenform (gewellten bzw. geriffelten bzw. gerippten Plattenform) ausgebildet, wie in 2 gezeigt ist. Der Verbundaufbau 10 weist ein basiertes Bauteil (Trägerbauteil bzw. Grundbauteil) 11, das durch Biegen eines metallischen Blechrohlings, der aus metallischem Material hergestellt ist, in die oben genannte Form ausgebildet (geformt) ist, und ein Verstärkungsbauteil 12, das CFRP (kohlefaserverstärktem Kunststoff) aufweist und mit dem Basisbauteil 11 verbunden bzw. gefügt ist, auf. Demnach weist der Verbundaufbau 10 eine Laminat-(Füge- bzw. Verbund-)Struktur auf, die aus dem CFRP und dem metallischen Material hergestellt ist.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird angenommen, dass der Verbundaufbau 10 notwendigerweise in der Längsrichtung verstärkt sein muss. Für diese Annahme gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist in dem Verbundaufbau 10 das Verstärkungsbauteil 12 nur in bzw. an einem oder mehreren Gebieten, die eine voreingestellte Festigkeit benötigen, und einem benachbarten Gebiet des einen oder der mehreren Gebiete, aber nicht an den anderen Teilen angeordnet, zum Beispiel Endgebieten in einer Breitenrichtung orthogonal zu der Längsrichtung usw.
  • Das Verstärkungsbauteil 12 weist ein erstes und zweites Verstärkungsteil 12a, 12b auf. Das erste Verstärkungsteil 12a (hergestellt aus CFRP) ist aus einem oder mehreren sogenannten UD-Materialbauteilen ausgebildet, wodurch ein thermofixierbares Harz und kontinuierliche oder lange Kohlefasern (Filamente), die unidirektional ausgerichtet sind, umfasst sind. Zum Verstärken des Verbundaufbaus 10 in der Längsrichtung für die oben genannte Situation wird eine Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern in dem ersten Verstärkungsteil 12a in der oben genannten Längsrichtung des Verbundaufbaus 10 ausgerichtet (zum Beispiel parallel dazu). Das zweite Verstärkungsteil 12b (hergestellt aus CFRP) ist aus einem oder mehreren Gewebebauteilen (Material) ausgebildet, wodurch ein thermofixierbares Harz und Leinwandbindungsverstärkungsfasern umfasst sind. In den Leinwandbindungsverstärkungsfasern sind Kettfaden- bzw. Schussfadenfasern schräg zu der oben genannten Längsrichtung des Verbundaufbaus 10 bei ungefähr 45° ausgerichtet.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist das zweite Verstärkungsteil 12b so vorgesehen, dass es zwischen dem Basisbauteil 11 und dem ersten Verstärkungsteil 12a vorgesehen ist. Das erste und zweite Verstärkungsteil 12a, 12b sind direkt aneinander ohne eine zusätzliche Klebeschicht gefügt bzw. verbunden. Daher ist das Verstärkungsbauteil 12 zum Umfassen des thermofixierbaren Harzes an einer Verbindungsstelle mit dem Basisbauteil 11 ausgebildet.
  • <Herstellungsverfahren>
  • Nachfolgend ist ein Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus 10 mit der oben genannten Konstruktion unter Bezugnahme auf 4–6 beschrieben.
  • Ein konkaves Teil, d. h. eine Kavität (Ausnehmung) 21, ist an einer unteren Form (Formwerkzeug bzw. Pressformwerkzeug) 20, d. h. einer festen Form (Außenform) eines Formpaares, ausgebildet. Die untere Form 20 weist eine Innenwandfläche auf, die in der Lage ist, an einer Außenseitenfläche (die gegenüberliegende Seitenfläche der oben genannten Innenseitenfläche, die mit dem Verstärkungsbauteil 12 verbunden ist) des Basisbauteils 11 anzuliegen. Im Inneren der unteren Form 20 sind Heizkörper 22 zum Erhitzen entlang der Innenwandfläche der Kavität 21 angeordnet.
  • Konvexe Teile 31 sind an einer oberen Form (Formwerkzeug bzw. Pressformwerkzeug) 30 ausgebildet, d. h. einer bewegbaren Form (Innenform) eines Formpaares. Die konvexen Teile 31 haben Formen, die der entsprechenden Innenseitenfläche des Basisbauteils 11 entsprechen. Im Inneren der oberen Formen 20 sind Heizkörper 32 zum Erhitzen entlang der Außenwandfläche des konvexen Teils 31 angeordnet.
  • Als Erstes wird, wie in 4 gezeigt ist, das Basismaterial 11 der metallischen Komponente in die untere Form 20 gelegt bzw. in dieser vorgesehen. Erste und zweite Prepregs 41, 42 werden zwischen die obere Form 30 und die untere Form 20, in der das Basisbauteil 11 gelegt wurde, gelegt, sodass das zweite Prepreg 42 zwischen dem Basisbauteil 11 und dem ersten Prepreg 41 vorgesehen ist. Das erste Prepreg 41 ist aus dem einen oder den mehreren UD-Materialbauteilen mit dem thermofixierbaren Harz vor dem Aushärten als ein Vorprodukt eines ersten Verstärkungsteils (12a) der vorliegenden Offenbarung ausgebildet. Das zweite Prepreg 42 ist aus dem einen oder den mehreren Gewebebauteilen mit dem thermofixierbaren Harz vor dem Aushärten als ein Vorprodukt eines zweiten Verstärkungsteils (12b) der vorliegenden Offenbarung ausgebildet.
  • Als Zweites werden, wie in 5 gezeigt ist, die obere und die untere Form 20, 30 miteinander verschlossen. Demnach werden die ersten und zweiten Prepregs 41, 42 auf das Basisbauteil 11 laminiert (geschichtet) und in eine Kappenform, die einem Innenflächenprofil des Basisbauteils 11 entspricht, geformt bzw. ausgebildet. Dieser Verfahren wird als „ein Laminierverfahren” bezeichnet.
  • Als Nächstes wird in einem Zustand, der in 5 gezeigt ist, der Laminierungsaufbau (Schichtaufbau) aus dem ersten und dem zweiten Prepreg 41, 42 und dem Basisbauteil 11 mit einer vorgegebenen Temperatur für die vorgegebene Zeitdauer unter Verwendung der Heizkörper 22, 32 erwärmt. Dieses Verfahren wird als „ein Erwärmungsverfahren” bezeichnet. Dadurch kommt es zu einer Aushärtereaktion des thermofixierbaren Harzes, das in dem ersten und zweiten Prepreg 41, 42 umfasst ist, sodass ein erstes und zweites Verstärkungsteil 12a, 12b ausgebildet werden, und das erste und zweite Verstärkungsteil 12a, 12b und das Basisbauteil 11 werden in dieser Reihenfolge fest aneinandergefügt (fest miteinander verbunden) und miteinander laminiert. Danach werden, wie in 6 gezeigt ist, die obere und untere Form 20, 30 geöffnet, sodass ermöglicht wird, den Verbundaufbau 10 aus den Formen 20, 30 zu entfernen.
  • <Betrieb und Wirkung>
  • In dem Verbundaufbau 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform weist das Verstärkungsbauteil 12, das mit dem Basisbauteil 11 gefügt bzw. verbunden ist, das erste und zweite Verstärkungsteil 12a, 12b auf, wobei sich die Orientierungsrichtungen der Verstärkungsfasern des ersten und zweiten Verstärkungsteils 12a, 12b zueinander kreuzen. Folglich sind die Ausdehnung und Schrumpfung des einen oder der mehreren Verstärkungsbauteile bei Erwärmen und Abkühlen so isotrop wie möglich. Demnach kann der Verbundaufbau 10 Faserverstärkungseigenschaften erhalten, die von dem einen oder die mehreren UD-Materialbauteilen in dessen Orientierungsrichtung vorgesehen werden, wobei ein Auftreten von Verformung oder Delaminierung an der Fügestelle unterdrückt wird.
  • Insbesondere in einem Fall des Verbindens des einen oder der mehreren CFRP-Bauteile mit dem thermofixierbaren Harz und der einen oder den mehreren metallischen Komponenten aneinander, wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, stellen sowohl Schrumpfungen aufgrund einer Aushärtereaktion im Herstellungsverfahren und aufgrund eines Abkühlens nach dem Aushärten als auch eine Ausdehnung und Schrumpfung in einer Verwendungsumgebung eines vervollständigten Produkts aus dem Verbundaufbau 10 Probleme dar. Mit Bezug zu den Problemen können gemäß der Konfiguration der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, sogar wenn das Verstärkungsbauteil 12, das aus dem einen oder den mehreren CFRP-Bauteilen mit dem thermofixierbaren Harz ausgebildet ist, und das Basisbauteil 11, das aus der einen oder den mehreren metallischen Komponenten ausgebildet ist, aneinandergefügt (miteinander verbunden) werden, Verformung oder Delaminierung an der Verbindungsstelle zufriedenstellend unterdrückt werden.
  • In dem Verbundaufbau 10 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist das Verstärkungsbauteil 12 das thermofixierbare Harz in bzw. an der Fügestelle mit dem Basisbauteil 11 auf. Zum Beispiel wird das Verstärkungsbauteil 12 mit dem thermofixierbaren Harz direkt mit dem Basisbauteil 11 gefügt (verbunden). Gemäß der oben genannten Konfiguration kann das Verbinden zwischen dem Basisbauteil 11 und Verstärkungsbauteil 12 gut durchgeführt werden, auch wenn keine Vorbehandlung zum Verbessern einer Klebefähigkeit des Verstärkungsbauteils 11 auf dem Basisbauteil 11 angewendet (Oberflächenbehandlung: zum Beispiel Beschichten, Plasmabehandeln, Abstrahlen etc.) oder eine spezielle Klebeschicht (Fügeschicht bzw. Verbindungsschicht) zwischen dem Basisbauteil 11 und dem Verstärkungsbauteil 12 angeordnet wird.
  • Zudem wird in dem Verbundaufbau 10 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das erste Verstärkungsteil 12a mit dem thermofixierbaren Harz direkt mit dem zweiten Verstärkungsteil 12b mit dem thermofixierbaren Harz gefügt bzw. verbunden, und das zweite Verstärkungsteil 12b wird direkt mit dem Basisbauteil 11 gefügt bzw. verbunden. Gemäß einer solchen bevorzugten Konfiguration kann der Verbundaufbau mit der oben genannten Konfiguration durch ein einfaches oder simples Herstellungsverfahren produziert werden.
  • Zusätzlich kann gemäß dem Verbundaufbau 10 und dessen Herstellungsverfahren ein Formverfahren des Basisbauteils 11 und ein Verbindungsverfahren zwischen dem geformten Basisbauteil 11 und dem Verstärkungsbauteil 12 gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch dazu beigetragen wird, eine Verfahrensanzahl und dadurch Produktkosten zu verringern.
  • <Modifikationen>
  • Mehrere Modifikationen werden als Nächstes beispielhaft beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung der Modifikationen werden Komponentenbauteile, die ähnlich im Aufbau und der Funktion zu denen in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform sind, mit ähnlichen (gleichen) Namen und Bezugszeichen wie denen der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform bezeichnet. Die Beschreibung der Komponentenbauteile, die in der unteren Beschreibung der Ausführungsform vorkommt, kann je nach Anforderung angewendet werden, solange keine technischen Widersprüche auftreten. Natürlich sind die Modifikationen nicht auf die unten beschriebenen Modifikationen beschränkt. Die Struktur der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform und die Strukturen der Modifikationen die unten beschrieben werden, sind vollständig oder teilweise in geeigneter Kombination anwendbar, solange keine technischen Widersprüche auftreten.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifischen Konfigurationen der beispielhaften, oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Die Form des Verbundaufbaus 10 ist nicht auf die oben genannte Kappenform beschränkt. Zum Beispiel kann der Verbundaufbau 10 eine ungefähre (im Wesentlichen) flache (ebene) Plattenform aufweisen. Ferner sind das erste und zweite Verstärkungsteil 12a, 12b nicht darauf beschränkt, aus einem oder mehreren CFRP-Bauteilen ausgebildet zu sein. Zudem kann die Orientierungsrichtung (Ausrichtungsrichtung) des ersten Verstärkungsteils 12a in eine Richtung eingestellt werden, die mit einem voreingestellten Winkel zu der oben beschriebenen Längsrichtung des Verbundaufbaus 10 geneigt ist, in Abhängigkeit von einer Richtung von innerer oder äußerer Belastung, die während der eigentlichen Verwendung des Verbundaufbaus 10 etc. erzeugt werden.
  • In dem Fall, dass das zweite Verstärkungsteil 12b aus einem Gewebebauteil (hergestellt aus UD-Material) ausgebildet ist, ist das zweite Verstärkungsbauteil 12b, bei dem Kettfaden- oder Schussfadenfasern, in dem einen oder den mehreren Gewebebauteilen umfasst sind, ungefähr orthogonal zu der oben genannten Längsrichtung des Verbundaufbau 10 ausgerichtet sind. Fallweise können Verstärkungsfasern, die sich von Leinwandbindungsfasern unterscheiden, zum Beispiel Körperbindungsverstärkungsfasern (Twillverstärkungsfasern), als die Verstärkungsfasern, die in dem zweiten Verstärkungsteil 12b umfasst sind, verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das spezifische Herstellungsverfahren der beispielhaften Ausführungsform, die oben beschrieben ist, beschränkt. Zum Beispiel können das erste und zweite Prepreg 41, 42 einzeln zwischen der oberen und unteren Form 20, 30 eingesetzt werden. Fallweise können das erste und zweite Prepreg 41, 42 vorintegriert oder vorgefügt (vorverbunden) sein, bevor sie zwischen der oberen und unteren Form 20, 30 eingesetzt werden.
  • Das erste und zweite Prepreg 41, 42 können entsprechend dem Verstärkungsbauteil 12 vorgeformt sein. In diesem Fall können die geformten Prepregs 41, 42 in die untere Form 20 zusammen mit dem Basisbauteil 11 eingelegt werden, bevor die obere und untere Form 20, 30 verschlossen werden. Fallweise kann anstelle des Einlegens des Basisbauteils 11 in die untere Form 20, wie in 4 gezeigt ist, ein metallischer Rohling zum Ausbilden des Basisbauteils 11 zwischen dem zweiten Prepreg 42 und der unteren Form 20 eingesetzt werden. In diesem Fall kann das Verschließen der Formen und anschließende Erwärmen (siehe 5) zum Ausformen des Basisbauteils 11 und der Verstärkungsbauteile 12 gleichzeitig mit dem Verbinden der zwei Bauteile 11, 12 aneinander, führen.
  • Die Innenfläche des Basisbauteils 11 kann mit der einen oder den mehreren oben genannten Vorbehandlungen behandelt werden, insbesondere wenn das zweite Verstärkungsteil 12b aus einem thermoplastischen faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. In diesem Fall wird das erste Verstärkungsteil 12a häufig auch aus thermoplastischem faserverstärktem Kunststoff hergestellt.
  • Bei Verwendung des zweiten Verstärkungsbauteils 12, das aus dem thermoplastischen faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, kann eine Klebelage (thermofixierbare Harzvorproduktlage) 43, die aus thermofixierbaren Harz vor dem Aushärten hergestellt ist, zwischen dem Basisbauteil 11 und dem zweiten Verstärkungsteil 12b eingesetzt werden. In diesem Fall kann das zweite Verstärkungsteil 12b mit dem Basisbauteil 11 über eine Klebeschicht 123 (, die aus der Klebelage 43 ausgebildet ist), die aus dem thermofixierbaren Harz hergestellt ist, verbunden werden, wie in 8 gezeigt ist. Gemäß der Konfiguration und dem Herstellungsverfahren kann das Verbinden zwischen dem Basisbauteil 11 und dem Verstärkungsbauteil 12, das das zweite Verstärkungsteil 12b, das aus dem thermoplastischen FRP hergestellt ist, aufweist, gut durchgeführt werden, auch ohne die eine oder die mehreren oben genannten Vorbehandlungen an der Innenfläche des Basisbauteils 11.
  • Natürlich sind die Modifikationen, auf die nicht gesondert Bezug genommen wird, auch in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst, solange die Erfindung nicht essenziell modifiziert wird. Diese Komponenten, die teilweise Mittel zum Lösen des von der Erfindung zu lösenden Problems darstellen und betriebsmäßig oder funktional ausgedrückt umfasst sind, sind nicht nur die oben in der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform und Modifikationen offenbarten spezifischen Strukturen und deren Äquivalente, sondern auch andere Strukturen, die die Betriebe oder Funktionen der Komponenten implementieren bzw. ausführen können.
  • Die gesamten Offenbarungen der oben genannten Patentliteratur sind hierin durch Bezugnahme mitaufgenommen. Modifikationen und Anpassungen der einen oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind innerhalb des Umfangs der Gesamtoffenbarung (mit den Ansprüchen) der vorliegenden Offenbarung und basierend auf dem grundsätzlichen technischen Konzept der vorliegenden Offenbarung möglich. Verschiedene Kombinationen und Auswahlen von verschiedenen offenbarten Elementen (mit jedem Element von jedem Anspruch, jedem Element von jeder beispielhaften Ausführungsform, jedem Element von jeder Zeichnung etc.) sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung möglich. D. h., die vorliegende Offenbarung weist selbstverständlich verschiedene Variationen und Modifikationen, die von Fachleuten gemäß der Gesamtoffenbarung umfassend die Ansprüche und das technische Konzept getätigt werden könnten, auf. Insbesondere sollte jeder hierin offenbarte Wertebereich so interpretiert werden, dass sämtliche Zwischenwerte oder Zwischenbereiche, die in den oder die offenbarten Bereiche fallen, auch einzeln offenbart sind, auch wenn sie nicht explizit wiedergegeben werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbundaufbau (Hybridaufbau)
    11
    Basisbauteil (-schicht)
    12
    Verstärkungsbauteile (-schicht)
    12a
    erstes Verstärkungsteil (-schicht)
    12b
    zweites Verstärkungsteil (-schicht)
    20
    untere Form (unteres Formwerkzeug)
    21
    Kavität
    22
    Heizkörper
    30
    obere Form (oberes Formwerkzeug)
    31
    Vorsprung
    32
    Heizkörper
    41
    erstes Prepreg
    42
    zweites Prepreg
    43
    Klebelage
    123
    Klebeschicht

Claims (10)

  1. Verbundaufbau mit einem laminierten Aufbau, der aus faserverstärktem Kunststoff und metallischem Material hergestellt ist, aufweisend: ein oder mehrere Basisbauteile, die aus metallischem Material hergestellt sind, und ein oder mehrere Verstärkungsbauteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, bei dem das eine oder die mehreren Verstärkungsbauteile aufweisen ein erstes oder mehrere erste Verstärkungsteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, der Verstärkungsfasern aufweist, die unidirektional ausgerichtet sind, und ein zweites oder mehrere zweite Verstärkungsteile, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, der mindestens Verstärkungsfasern aufweist, die in einer Querrichtung relativ zu der unidirektionalen Richtung, in der die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren ersten Verstärkungsteile ausgerichtet sind, ausgerichtet sind, und zwischen dem einen oder dem mehreren Basisbauteilen und dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilen vorgesehen sind, das eine oder die mehreren Verstärkungsbauteile ein thermofixierbares Harz an einer Verbindungsstelle mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen aufweisen.
  2. Verbundaufbau nach Anspruch 1, bei dem das eine zweite oder die mehreren zweiten Verstärkungsteile das thermofixierbare Harz aufweisen und direkt mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen verbunden sind.
  3. Verbundaufbau nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das eine erste oder die mehreren ersten Verstärkungsteile ein thermofixierbares Harz aufweisen und direkt mit dem einen oder den mehreren zweiten Verstärkungsteilen verbunden sind.
  4. Verbundaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das eine zweite oder die mehreren zweiten Verstärkungsteile ein oder mehrere Gewebebauteile aufweisen, bei dem Verstärkungsfasern in dem einen oder den mehreren Gewebebauteilen als die Verstärkungsfasern des zweiten Verstärkungsteils verwendet werden.
  5. Verbundaufbau nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem mindestens eines von den ersten und zweiten Verstärkungsteilen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
  6. Herstellungsverfahren eines Verbundaufbaus mit einem laminierten Aufbau, der aus faserverstärktem Kunststoff und metallischem Material hergestellt ist, aufweisend Laminieren eines oder mehrerer Basisbauteile, die aus metallischem Material hergestellt sind, eines oder mehrerer erster Verstärkungsteilvorprodukte, die aus einem oder mehreren Prepregs ausgebildet sind, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, mit Verstärkungsfasern, die unidirektional ausgerichtet sind, und eines oder mehrerer zweiter Verstärkungsteilvorprodukte, die aus einem oder mehreren Prepregs ausgebildet sind, die aus faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, der mindestens Verstärkungsfasern aufweist, die in einer Querrichtung relativ zu der unidirektionalen Richtung, in der die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukte ausgerichtet sind, ausgerichtet sind, durch Vorsehen des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte zwischen dem einen oder den mehreren Basisbauteilen und dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukten, und Erwärmen des laminierten Aufbaus, der durch das Laminieren produziert wird, mit einem oder mehreren Basisbauteilen, dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukten und dem einen oder mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukten.
  7. Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus nach Anspruch 6, bei dem das Laminieren aufweist: direktes Verbinden des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte, die ein thermofixierbares Harz vor dem Aushärten aufweisen, mit dem einen oder den mehreren Basisbauteilen, und direktes Verbinden des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteilvorprodukte mit dem einen oder den mehreren ersten Verstärkungsteilvorprodukten, die ein thermofixierbares Harz vor dem Aushärten aufweisen, wodurch der laminierte Aufbau produziert wird
  8. Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Laminieren aufweist: Legen des einen oder der mehreren Basisbauteile in eine Form eines Formpaares, Legen der ersten und zweiten Verstärkungsteilvorprodukte, die Plattenformen aufweisen, zwischen dem einen oder den mehreren Basisbauteilen und einer anderen Form des Formpaares, und Schließen des Formpaares zum Ausbilden des laminierten Aufbaus, wodurch die ersten und zweiten Verstärkungsteilvorprodukte in eine oder mehrere vorgegebenen Formen ausgebildet werden, und bei dem das Erwärmen aufweist: Erwärmen des laminierten Aufbaus, der in dem Formpaar, das geschlossen ist, erwärmt wird.
  9. Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus nach einem der Ansprüche 6–8, bei dem das eine oder die mehreren zweiten Verstärkungsteile ein oder mehrere Gewebebauteile aufweisen, bei dem in dem einen oder den mehreren Gewebebauteilen umfasste Verstärkungsfasern als die Verstärkungsfasern des einen oder der mehreren zweiten Verstärkungsteile verwendet werden.
  10. Herstellungsverfahren des Verbundaufbaus nach einem der Ansprüche 6–9, bei dem mindestens eines von den ersten und zweiten Verstärkungsteilvorprodukten als eines oder mehrere Prepregs, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, ausgebildet ist.
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