U m geformtes fl äch i ges Ha l bzeu g , Stru ktu r- bzw. H ybri d ba ute i l u n d Verfa h ren zu r Herstel l u n g ei n es d era rti gen H a l bzeu gs bzw. Ba utei l s

Die Erfindung betrifft ein umgeformtes flächiges Halbzeug, ein Struktur- bzw.

Hybridbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbzeugs bzw. Bauteils.

Insbesondere zur Gewichtseinsparung können bei vielen Anwendungsfällen vorhandene Blechstrukturen durch Kunststoffteile ersetzt werden. Oftmals genügen jedoch die dadurch erzielten Bauteileigenschaften nicht den Festigkeits- und/oder Verformungsanforderungen. Zur gezielten Beeinflussung der Eigenschaften von Konstruktionsbauteilen bei möglichst geringem Bauteilgewicht können die Materialien derart kombiniert werden, dass sich die gewünschten Zielkonflikte lösen lassen. So lassen sich dünnwandige Blechstrukturen durch eine geeignete Kombination mit Kunststoff- Strukturen leichter als eine vergleichbare Struktur ganz aus Blech und vielfach auch kostengünstiger fertigen. Dennoch weisen diese Bauteile eine ausreichende mechanische Leistungsfähigkeit auf. Der Kunststoff kann dabei einerseits zu einer Stabilisierung des Blechs dienen, was sich in einer erhöhten Knick- bzw. Beulsteifigkeit niederschlagen kann, so dass die mechanischen Eigenschaften des Blechs optimal genutzt werden können. Andererseits ermöglicht der Kunststoff durch seine rationelle Verar- beitbarkeit und die sich ergebenden konstruktiven Freiheiten oftmals große Kostenreduzierungen.

Die meist aus Metall und Kunststoff bestehenden Teile werden üblicherweise als Hybridbauteile bezeichnet und lassen sich aufgrund ihrer vielfältigen konstruktiven Freiheitsgrade für die unterschiedlichsten Zwecke einsetzen, bspw. als Konstruktionselemente im Fahrzeug- oder Flugzeugbau. Die Hybridbauteile weisen den besonderen Vorteil auf, dass gezielt die Vorteile der unterschiedlichen Werkstoffe genutzt und miteinander kombiniert werden können.

Bei den bisher bekannten Hybridbauteilen werden vor allem großflächige, vor- geformte metallische Teile bzw. umgeformte Bleche in ein Spritzgießwerkzeug einge-

legt und mit zusammenhängenden Kunststoffbereichen umspritzt. Die an dem Metallteil angespritzten Kunststoffstrukturen, die oft mit Verstärkungsrippen versehen sind, erhöhen die Stabilität und die Tragfähigkeit des Metallteils unter verschiedenen auftretenden Beanspruchungen, da auf diese Weise die einwirkenden Kräfte gezielt in das Bauteil eingeleitet und dort verteilt werden können. Dieses Verfahren wird oftmals auch als In-Mould-Assembly (IMA) bezeichnet, da hierbei die Kunststoffstrukturen an die Blechstruktur angespritzt werden. Davon kann das sog. Post-Moulding-Assembly (PMA) unterschieden werden, bei dem beide Komponenten getrennt hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden.

Aus der EP 0 370 342 B1 ist ein als Träger im Kraftfahrzeug einsetzbares

Leichtbauteil in Hybridbauweise bekannt, das einen aus Metall bestehenden, schalenförmigen Grundkörper aufweist, in dessen Innenraum Verstärkungsrippen angeordnet sind. Die Verstärkungsrippen bestehen aus eingespritztem Kunststoff und sind mit dem Metallgrundkörper an mehreren Stellen verbunden, indem der Kunststoff im Me- tallteil angeordnete Durchbrüche durchsetzt und über die Flächen der Durchbrüche hinausreicht. Die Verstärkungsrippen durchsetzen zur Erzielung einer hohen Steifigkeit und Festigkeit den Innenraum des U-förmig ausgebildeten Metallgrundkörpers.

Die EP 0 672 576 B1 beschreibt eine in eine Fahrzeugkarosserie einmontierbare Baueinheit für den Stirnwand- und Cockpitbereich eines Personenkraftwagens. Die Baueinheit ist in ihrer tragenden Substanz aus zwei Verbundbauteilen gebildet, die jeweils aus tiefgezogenem Blech und daran angespritztem Kunststoff bestehen. Die Blechteile sind der auftretenden Belastung entsprechend geformt und mit Bohrungen, Durchbrüchen u. dgl. als Verankerungsstellen für den angespritzten Kunststoff zum formschlüssigen Verankern desselben am Blechteil versehen. Der angespritzte Kunst- stoff wird derart geformt, dass mit ihm eine die Blechteile versteifende Verrippung und entsprechende Aufnahmen für diverse Anbauteile gebildet werden.

Die EP 1 044 866 B1 beschreibt weiterhin ein zusammengesetztes Bauteil mit einem schalenartigen Oberteil und einem Verstärkungsteil, die über diskrete Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, wobei diese beiden Teile aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den beiden Teilen sind Profilelemente aus elastischem Material wirksam.

Ein erstes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Hybridbauteil zur Verfügung zu stellen, das bei einfacher Herstellbarkeit verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist.

Dieses erste Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.

Ein vorgeformtes bzw. umgeformtes flächiges Halbzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 umfasst wenigstens eine versteifende Einlage aus Metall oder Kunststoff, die zumindest teilweise formschlüssig in spritzgegossenem Kunststoff eingebettet ist. Die versteifende Einlage weist zumindest einen Bereich auf, der primär vom Schmelzedruck des im Spritzgießverfahren verarbeiteten Kunststoffes dauerhaft verformt ist. Die versteifende Einlage kann insbesondere aus Metallblech bestehen, wobei hier die unterschiedlichsten Materialien und Blechdicken zum Einsatz kommen können, je nach geforderter Bauteilfestigkeit und gewünschtem Anwendungsfall. Als Material für das Metallblech eignet sich insbesondere Leichtmetall wie Aluminium- oder Magnesiumlegierungen. Daneben kann jedoch auch herkömmliches Stahlblech bzw. hochfeste Stahlbleche zum Einsatz kommen. Das Metall- oder Kunststoffblech ist durch den spritzgegossenen Kunststoff derart plastisch verformt, dass eine Sicke, ein Ausbruch oder dergleichen in der versteifenden Einlage gebildet ist, die formschlüssig mit dem gespritzten Kunststoff verbunden ist, so dass ein mechanisch sehr widerstandsfähiges und individuell in seinen Festigkeitseigenschaften einstellbares Hybridbauteil gebildet ist.

Die versteifende Einlage kann wie erwähnt insbesondere aus Metallblech gebildet sein. Als versteifende Einlage eignet sich jedoch auch Kunststoff, insbesondere Verbundkunststoffe wie GFK, CFK oder dergleichen. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass eine direkte plastische Umformung oder eine Bruchstelle der versteifenden Einlage und die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung eines Hybridbauteils durch den Schmelzedruck des spritzgegossenen Kunststoffes erfolgt. Auf diese Weise kann eine Prozessintegration durch die Herstellung von Verbindungen direkt im Werkzeug unter Wegfall der Vorarbeit an der versteifenden Einlage erreicht werden.

Wenn im vorliegenden Zusammenhang von Einspritzdruck, Schmelzedruck und Nachdruck beim Spritzgießvorgang die Rede ist, so sollen diese Begriffe nachfolgend kurz definiert werden. Der Schmelzedruck wirkt überall dort, wo flüssige Schmelze strömt, was während der Einspritzphase der Fall ist. Der Schmelzedruck kann jedoch auch noch in der sog. Nachdruckphase wirken, wenn die flüssige Schmelze unter einen (quasi-)statischen Druck gesetzt wird. Somit ist sowohl in der Einspritzphase als auch bei der Nachdruckphase eine Umformung möglich, da bei beiden Phasen jeweils ein Schmelzedruck auf das Halbzeug wirkt. Entsprechend dieser Definition wird im vorliegenden Zusammenhang meist der präzisere Begriff „Schmelzedruck" anstelle des Begriffs „Einspritzdruck" verwendet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der verformte Bereich der Einlage zumindest abschnittsweise durchbrochen ist. Hierbei bricht oder reißt das Blech bzw. die Kunststoffeinlage durch die Erhöhung des Schmelzedrucks, so dass der eingespritzte Kunststoff anschließend durch die Bruchstelle hindurch in die Umformkavität fließen und den Formschluss herstellen kann. Durch eine geeignete Gestaltung der Umformkavität und der Prozessführung ist es möglich, den Blechbruch bzw. den Bruch der Kunststoffeinlage zu kontrollieren. Mit dem Schmelzedruck kann die Einlage umformt und/oder durchbrochen werden, was die rationelle Herstellung von Sicken und sogenannten Clinchverbindungen ermöglicht. In Versuchen konnte nach- gewiesen werden, dass sich sowohl bei Magnesiumblech als auch bei Aluminiumblech Umformgrade erreichen lassen, wie sie ansonsten typischerweise nur mit Umformverfahren erreichbar sind, die einen gesonderten Bearbeitungsschritt erforderlich machen. Zudem sind verschiedene Gestaltungen der Clinchverbindungen denkbar, die zum Teil auch ohne eine vorherige Bearbeitung des Blechs auskommen.

Die Einlage kann im verformten Bereich wenigstens eine vorgeformte Sicke bzw. einen vorgeformten Durchbruch, insbesondere einen Schlitz oder mehrere Schlitze aufweisen. In dem vom Schmelzedruck des spritzgegossenen Kunststoffes verformten Bereich ist wenigstens ein Durchbruch bzw. Schlitz aufgeweitet und/oder in zumindest einem Randbereich erweitert. Vorzugsweise ist der vom Schmelzedruck des spritzgegossenen Kunststoffes verformte Bereich der Einlage weitgehend vollständig vom spritzgegossenen Kunststoff umgeben bzw. in diesem eingebettet.

Eine ebenfalls sehr vorteilhafte Variante der Erfindung kann vorsehen, dass Si- cken oder Einprägungen nahezu beliebiger Form während des Spritzgießvorganges in das Material der Einlage eingebracht werden können, insbesondere in Metalleinlagen aus Stahl- oder Leichtmetallblech. So können bspw. in Trägerbauteile geeignete Längssicken eingeprägt werden, die zur Materialversteifung beitragen, ohne dass das Material hierbei überdehnt oder durchbrochen werden muss. Alternativ oder zusätzlich können die erwähnten Clinchverbindungen hergestellt werden. Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, an geeigneten Stellen Diagonalsicken o. dgl. einzubringen, was die Tor- sionssteifigkeit derartiger Trägerbauteile erhöhen kann.

Das erfindungsgemäße vorgeformte flächige Halbzeug eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Verbundstruktur bzw. eines Hybridbauteils gemäß Anspruch 10. Derartige Strukturen bzw. Bauteile können als vormontierbare Konstruktionselemente für vielfältige Zwecke eingesetzt werden, bspw. im Fahrzeugbau, im Schienenfahrzeug- oder im Flugzeugbau.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein rationelles Verfahren zur Herstellung eines vorgeformten flächigen Halbzeuges zur Verfügung zu stellen, das zur Ausbildung von leichten und stabilen Hybridbauteilen geeignet ist.

Dieses weitere Ziel der Erfindung wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 12 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs bzw. einer Verbundstruktur, das/die wenigstens eine versteifende Einlage aus Metall oder Kunststoff aufweist, die im Spritzgießverfahren zumindest teilweise formschlüssig mit Kunststoff umspritzt wird, sieht vor, dass die versteifende Einlage zumindest in ei- nem Bereich mittels des Schmelzedrucks des im Spritzgießverfahren verarbeiteten Kunststoffes dauerhaft verformt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Hybridbauteilen bzw. -halbzeugen, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, typischerweise aus Leichtmetallblech und dieses umschließenden Kunststoff. Mittels des Verfahrens können in einfacher und sehr effi- zienter Weise mittels eines einzigen Verarbeitungsschrittes die gewünschten Hybridstrukturen hergestellt werden, die bei sehr geringem Gewicht eine hohe Strukturfestigkeit bieten können. Die Formgebung ermöglicht es, dem Bauteil ein gewünschtes

Festigkeits- und Verformungsverhalten zu geben, was mit herkömmlichen Bauteilen nur mit deutlich höherem Fertigungsaufwand und meist mit höheren Bauteilgewichten realisierbar ist.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der vom Schmelzedruck des spritzgegossenen Kunststoffes verformte Bereich der Einlage plastisch verformt wird. Eine alternative oder damit kombinierbare Ausführungsvariante dieses Verfahrens sieht vor, dass der verformte Bereich der Einlage vom Schmelzedruck des Kunststoffes zumindest abschnittsweise durchbrochen wird. Insbesondere kann im verformten Bereich der Einlage während des Spritzgießverfahrens zumindest ein Versagensbruch oder -riss erzeugt werden. Ggf. können auch mehrere Risse auftreten. Der typische Schmelzedruck beim Spritzgießverfahren von mehr als 200 bar kann nach Füllen der Form gezielt erhöht werden, um die gewünschten Materialbrüche bzw. -risse zu erzeugen, die zum gewünschten verbesserten Formschluss zwischen der versteifenden Metall- bzw. Kunststoffeinlage und dem spritzgegossenem Kunststoff führen.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Einlage im zu verformenden Bereich vor dem Spritzgießen mit wenigstens einer vorgeformte Sicke bzw. einem vorgeformten Durchbruch, insbesondere mit einem Schlitz oder mehreren Schlitzen, versehen. Hierdurch kann beim Füllen der Form erreicht werden, dass in dem vom Schmelzedruck des spritzgegossenen Kunststoffes verformten Bereich der wenigstens eine Durchbruch bzw. Schlitz aufgeweitet und/oder in zumindest einem Randbereich erweitert wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der vom Schmelzedruck des spritzgegossenen Kunststoffes verformte Bereich der Einlage weitgehend vollständig vom spritzgegossenem Kunststoff umgeben bzw. in die- sem eingebettet wird, wodurch das gewünschte Hybridbauteil gebildet wird, das bei reduziertem Gewicht eine höhere Festigkeit aufweisen kann als ein vergleichbares Stahlblechbauteil oder eines aus spritzgegossenem Kunststoff.

Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass ein als Einlage verwendetes Metallblech vor oder während des Spritz- gießens zusätzlich erwärmt wird. Ggf. kann das Metallblech mittels einer Temperierung des Werkzeugs erwärmt werden.

Zusammenfassend ergeben sich die folgenden Aspekte der Erfindung:

Spritzgegossene Kunststoff/Metall-Hybridstrukturen kombinieren die strukturellen Vorteile beider Werkstoffe, wodurch sich ihr Leistungsvermögen deutlich erhöht. Einfach umgeformte Bleche werden durch eine Kunststoffverrippung versteift und geometrisch stabilisiert, im Arbeitsaufnahmevermögen verbessert sowie gleichzeitig um Funktionselemente erweitert. Die Nutzung werkstofflicher, konstruktiver und fertigungstechnischer Synergien ermöglicht eine integrierte, kostengünstige Fertigung tragender Leichtbauteile. Die resultierenden Bauteileigenschaften werden durch Werkstoffauswahl, Konstruktion und Prozessführung bestimmt.

Während Stahleinlegeteile in der Hybridbauweise etabliert sind, wird auch der Einsatz von Leichtmetallen in Erwägung gezogen. Das ökonomische und ökologische Interesse gilt der Einsparung von Gewicht, Energie und Kosten durch eine Leichtbauweise. Neben Aluminium ist Magnesiumblech aufgrund seiner niedrigen Dichte von besonderem Interesse, zumal für die nächsten Jahre deutliche Preissenkungen prognostiziert werden und die Rezyklierbarkeit im Vergleich zu Stahl verbessert ist. Zudem besitzen beide Leichtmetalle eine den in der Hybridtechnik verwendeten Standardthermoplasten ähnliche Wärmeausdehnung, was zu verringerten thermische Bauteilbelastungen führt.

Eine große Herausforderung besteht in der Einleitung und Verteilung der äußeren mechanischen Beanspruchung im Hybridbauteil. Hierfür ist eine angepasste Ver- bindungstechnik von großer Bedeutung, welche im Anschluss zur Einzelfertigung der Komponenten (Post-Moulding-Assembly, PMA) oder auch integriert im Spritzgießpro- zess (In-Mould-Assembly, IMA) erfolgen kann. Die PMA-Technik wird durch Kleben oder Kragenfügen realisiert. Beim IMA basieren die Verbindungselemente in der Regel auf Formschluss z.B. durch Hinterschneidungen oder Bohrungen im Blech, und die Herstellung der Hybridstrukturen ist gleichzeitig sowohl Urform- als auch Montagepro- zess. Die Notwendigkeit mechanisch fester und belastungsgerecht platzierter Verbindungselemente steigt mit der Bauteilkomplexität und der Anzahl der Einlegeteile. Wichtiges Ziel für eine rationelle Fertigung ist die Prozesskettenverkürzung, welche beim IMA durch Zusammenführung einzelner Prozessschritte im Spritzgießwerkzeug er- reicht werden kann.

Die direkte Umformung von Leichtmetallblechen durch den Schmelzedruck zur Herstellung formschlüssiger Verbindungen eröffnet eine neue Möglichkeit der Prozess-

integration. Hinzu kommt, dass die Umformbarkeit der Leichtmetallbleche bei hohen Temperaturen, wie sie im Spritzgießprozess vorliegen, deutlich zunimmt. Die Umformbarkeit von Leichtmetallblechen wurde in einem Modell-Werkzeug mit Umformkavität überprüft. Es wurden Aluminium- und Magnesiumbleche eingesetzt und mit dem in der Hybridtechnik verwendeten Standardthermoplasten PA6-GF30 angespritzt. Das Blech wurde eingelegt und durch den Kunststoff-Schmelzedruck in die Umformkavität hineindrückt. Es können zwei Varianten unterschieden werden: Die Einbringung von Sicken sowie die Herstellung einer formschlüssigen Clinchverbindung. Beim Clinchen wurden als Vorbearbeitung im Blech Schlitze verschiedener Geometrien eingebracht.

Das Umformverhalten von Magnesium- und Aluminiumblech sowie die Verbundfestigkeit der Clinchverbindung wurden charakterisiert und mit dem konventionellen Nietverbund verglichen. Die Geometrie des im Blech eingebrachten Clinch- Schlitzes beeinflusst mit dem Umformverhalten die Festigkeit der Verbindung. Die Verbundfestigkeiten der Verbindungen wurden mechanisch auf Zugscherung geprüft.

Es wurden unter anderem Probekörper mit unterschiedlichen Clinchverbunden

(Querschnittsfläche 5...10 mm ² ) hergestellt, mechanisch geprüft und die Festigkeit mit Nietverbunden (Durchmesser 3 mm, Querschnittsfläche 7 mm ² ) verglichen. Bei diesen Versuchen hat sich gezeigt, dass alle hergestellten Clinchverbunde mechanisch höher belastbar sind als der Nietverbund. Dies kann mit einer Vergrößerung von Verbund- querschnitt und -höhe infolge der Blechumformung und der damit verbundenen vergrößerten Aufnahmefläche der mechanischen Spannungen begründet werden.

Eine weitere Prozessintegration konnte durch die Herstellung von Verbindungen direkt im Werkzeug unter Wegfall der Vorarbeit des Blechs erreicht werden. Die Machbarkeit wurde aufgezeigt, indem das Blech durch Erhöhung des Schmelzedrucks bricht und der Kunststoff anschließend durch die Bruchstelle hindurch in die Umformkavität fließt und den Formschluss herstellt. Es konnte gezeigt werden, dass die Verbundfestigkeit solcher ohne Blechvorarbeit hergestellter Verbundteile die der Clinch- und Nietverbunde übertrifft. Für eine optimierte Herstellung solcher Verbindungen ist das Versagen des Leichtmetallblechs zu untersuchen. Die Geometrie der Bruchzone bestimmt schließlich die mechanische Belastbarkeit der Verbindung. Durch eine geeignete Gestaltung von Umformkavität und Prozessführung erscheint es möglich, den Blechbruch zu kontrollieren.

Somit konnte nachgewiesen werden, dass das lokale Umformen von Metallblechen direkt im Spritzgießwerkzeug eine vielversprechende Möglichkeit der formschlüssigen Verbindungstechnik spritzgegossener Kunststoff/Metall-Hybridstrukturen darstellt. Mit dem Spritzdruck kann das Blech umgeformt oder durchbrochen werden, was die rationelle Herstellung von Sicken und Clinchverbindungen ermöglicht. Es sind verschiedene Gestaltungen der Clinchverbindungen denkbar, die z.T. auch ohne eine Vorbearbeitung des Blechs auskommen.

Bei der Einbringung von Sicken ist durch die Gestaltung von Prozessführung und Geometrie eine Optimierung des Umformverhaltens möglich. Es konnten sowohl bei Magnesium als auch bei Aluminium Umformgrade wie beim Hydroformen erreicht werden. Bei Clinchverbindungen ist die Geometrie der im Blech eingearbeiteten Schlitzung von zentraler Bedeutung. Die Machbarkeit von Clinchverbunden ohne Blechvorbearbeitung wurde erfolgreich durchgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele un- ter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele dienen zum besseren Verständnis der wesentlichen Aspekte der Erfindung. Sie beschränken die erfinderische Lehre jedoch in keiner Weise.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Schaubild verschiedene Möglichkeiten der Prozessintegration beim Umformen von Leichtmetall im Spritzgießwerkzeug.

Fig. 2 zeigt in einem schematischen Schaubild die Prozessintegration bei der

Herstellung von Hybridbauteilen.

Fig. 3a zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung von Sicken durch den Schmelzedruck.

Fig. 3b zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung einer Clinchverbin- düng durch den Schmelzedruck.

Fig. 4 stellt verschiedene Clinchverbindungen einer Nietverbindung gegenüber.

Fig. 5 verdeutlicht in einem Diagramm die mechanische Festigkeit von Clinchverbindungen gegenüber Nietverbindungen.

Fig. 6 verdeutlicht die aufeinander folgenden Verfahrensschritte bei der Erzeugung von Verbindungen im Werkzeug ohne Vorarbeiten im Blech.

Fig. 7 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer mittels des Schmelzedrucks beim Spritzgießen in ein Blech eingebrachten Sicke.

Fig. 8 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer mittels des Schmelzedrucks beim Spritzgießen in ein Blech eingebrachten Sicke, bei welcher der spritzgegossene Kunststoff durch einen Materialriss hindurch getreten ist.

Fig. 9 verdeutlicht in schematischer Perspektivdarstellung eine beginnende Rissbildung, die durch einen hohen Einspritzdruck bzw. Schmelzedruck beim Spritz- gießen erzeugt wurde.

Fig. 10 verdeutlicht verschiedene Varianten von Schlitzgeometrien, die zur Herstellung von Clinchverbindungen in das Blech eingebracht werden können.

Fig. 11 verdeutlicht in schematischen Darstellungen anhand möglicher Konturen von Sicken den Zusammenhang zwischen dem Umformgrad und dem Umformra- dius.

Fig. 12 zeigt anhand eines Diagramms einen Zusammenhang zwischen Einspritzdruck und Umformverhältnis bei verschiedenen Umformgeometrien.

Fig. 13 zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung verschiedene Umformgeometrien, -radien und -tiefen sowie verschiedene Kantenradien von eingebrach- ten Sicken.

Fig. 14 zeigt anhand eines Diagramms einen Erwärmungsverlauf während des Umformprozesses.

Fig. 15 zeigt anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen der Vorwärmtemperatur des Werkzeugs und dem Umformverhältnis für verschiedene Werk- stoffe bzw. Umformgeometrien.

Fig. 16 zeigt anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen Umformdurchmesser und Umformverhältnis bei verschiedenen Einspritzdrücken sowie verschiedenen Blechmaterialien.

Fig. 17 zeigt anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen Einspritzdruck und Umformverhältnis bei verschiedenen Umformdurchmessern sowie verschiedenen Blechmaterialien.

Fig. 18 zeigt anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen Ein- spritzdruck und Umformverhältnis bei verschieden gewählten Kantenradien sowie verschiedenen Blechmaterialien.

Fig. 19 zeigt in schematischen Darstellungen den Prozess des Einbringens von Längssicken in ein U-förmiges Trägerbauteil, aus dem ein Hybridbauteil hergestellt wird.

Fig. 20 zeigt das fertig geformte Trägerbauteil entsprechend Fig. 19 in schema- tischer Perspektivdarstellung.

Fig. 21 zeigt in schematischen Darstellungen den Prozess des Einbringens von Clinchverbindungen in ein U-förmiges Trägerbauteil, aus dem ein Hybridbauteil hergestellt wird.

Fig. 22 zeigt in einem perspektivischen Teilausschnitt eine Diagonalsicke, die in eine Flanke eines U-förmigen Trägerbauteils entsprechend Fig. 21 eingebracht ist.

Das schematische Schaubild der Fig. 1 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Prozessintegration im Spritzgießwerkzeug beim Umformen von Leichtmetall. Verdeutlicht werden die unterschiedlichen Möglichkeiten der Verbindungstechnik bei Kunst- stoff/Metall-Hybridstrukturen. Derartige spritzgegossene Kunststoff/Metall- Hybridstrukturen kombinieren die strukturellen Vorteile beider Werkstoffe, wodurch sich ihr Leistungsvermögen deutlich erhöht. Einfach umgeformte Bleche werden durch eine Kunststoffverrippung versteift und geometrisch stabilisiert, im Arbeitsaufnahmevermögen verbessert sowie gleichzeitig um Funktionselemente erweitert. Die Nutzung werk- stofflich bedingter konstruktiver und fertigungstechnischer Synergien ermöglicht eine integrierte kostengünstige Fertigung tragender Leichtbauteile. Die resultierenden Bauteileigenschaften werden durch Werkstoffauswahl, Konstruktion und Prozessführung bestimmt.

Ein wichtiger Parameter ist die Einleitung und Verteilung der äußeren mechani- sehen Beanspruchung in das Hybridbauteil. Hierfür ist eine angepasste Verbindungs-

technik von großer Bedeutung, welche im Anschluss zu Einzelteilfertigung der Komponenten (Post-Moulding-Assembly, PMA) oder auch integriert im Spritzgießprozess (In- Moulding-Assembly, IMA) erfolgen kann. Die PMA-Technik wird durch Kleben oder Kragenfügen realisiert. Bei der IMA-Technik basieren die Verbindungselemente i.d.R. auf Formschluss, z.B. durch Hinterschneidungen oder Bohrungen im Blech, so dass die Herstellung der Hybridstrukturen gleichzeitig sowohl ein Urform- als auch ein Mon- tageprozess ist.

Die Notwendigkeit mechanisch fester und belastungsgerecht platzierter Verbindungselemente steigt mit der Bauteilkomplexität und der Anzahl der Einlegeteile. Wich- tiges Ziel für eine rationelle Fertigung ist die Prozesskettenverkürzung, welche beim IMA durch Zusammenführung einzelner Prozessschritte im Spritzgießwerkzeug erreicht werden kann, was anhand der Fig. 1 illustriert ist. Die direkte Umformung von Leichtmetallblechen durch den Schmelzedruck zur Herstellung formschlüssiger Verbindungen eröffnet eine neuartige Möglichkeit der Prozessintegration. Hinzu kommt, dass die Umformbarkeit der Leichtmetallbleche bei hohen Temperaturen, wie sie im Spritzgießprozess vorliegen, deutlich zunimmt. Für das lokale Umformen von Leichtmetall gemäß der vorliegenden Erfindung können neue Begriffe definiert werden, nämlich sog. Pre-Mould-Forming (PMF) und sog. In-Mould-Forming (IMF). Bei der Herstellung von Hybridbauteilen wird in der Regel eine Kombination dieser Konzepte durchge- führt.

Die besonderen Verfahrensvorteile werden bei Betrachtung der Fig. 1 unmittelbar deutlich, da hierbei, ausgehend vom Halbzeug, nur noch ein einziger Verfahrensschritt (I) des Spritzgießens (IMF) notwendig ist, um zum fertigen Hybridbauteil zu gelangen. Die bei den herkömmlichen Verfahren notwendigen Schritte der Vorarbeit (I), des Preformings (II), des Spritzgießens (III) sowie ggf. des Post-Moulding-Assembly (IV) können durch den Schritt des IMF ersetzt werden.

Das schematische Schaubild der Fig. 2 verdeutlicht die verschiedenen Möglichkeiten der Prozessintegration bei der Herstellung von Hybridbauteilen. Aus einem Leichtmetallblech kann durch verschiedene Vorarbeiten, optionales Vorwärmen und Formen und anschließendes Spritzgießen das gewünschte Hybridbauteil gefertigt werden.

Die schematischen Darstellungen der Fig. 3 verdeutlichen die Herstellung von Sicken und Clinchverbindungen. Fig. 3a zeigt die Herstellung von Sicken durch den Schmelzedruck. Fig. 3b zeigt die Herstellung einer Clinchverbindung mittels des Um- formens. Die Umformbarkeit von Leichtmetallblechen wurde in einem Modell-Werkzeug mit Umformkavität überprüft. Es wurden Aluminium- und Magnesiumbleche eingesetzt und mit dem in der Hybridtechnik verwendeten Standardthermoplasten PA6-GF30 angespritzt. Das Blech wurde eingelegt und durch den Kunststoff-Schmelzedruck in die Umformkavität hineindrückt. Es können zwei Varianten unterschieden werden: Die Einbringung von Sicken sowie die Herstellung einer formschlüssigen Clinchverbindung. Beim Clinchen wurden als Vorbearbeitung im Blech Schlitze verschiedener Geometrien eingebracht.

Die schematische Darstellung der Fig. 4 stellt verschiedene Clinchverbindungen einer Nietverbindung gegenüber. In den oberen Bildern ist eine Clinchverbindung mit einfachem Schlitz (10 x 0,5 mm) gezeigt. In den mittleren Bildern ist eine Clinch- Verbindung mit einem Kreuzschlitz (2 x 10 x 0,5 mm) gezeigt. In den unteren Bildern ist eine einfache Nietverbindung mit einem Durchmesser von 3 mm gezeigt.

Fig. 5 verdeutlicht in einem Diagramm die mechanische Festigkeit bei der Zugscherprüfung von Clinchverbindungen gegenüber Nietverbindungen. Das Schaubild zeigt die mechanische Festigkeit derartiger Clinchverbindung im Vergleich zu her- kömmlichen Nietverbindungen. Die Geometrie des im Blech eingebrachten Clinchschlitzes beeinflusst mit dem Umformverhalten die Festigkeit der Verbindung. Die Verbundfestigkeit der Verbindungen wurden mechanisch auf Zugscherung geprüft. Es wurden Probenkörper mit unterschiedlichen Clinchverbund (Querschnittsfläche 5 bis 10 mm ² ) mechanisch geprüft und die Festigkeit mit Nietverbunden (Durchmesser 3 mm, Querschnittsfläche 7 mm ² ) verglichen. Es hat sich gezeigt, dass alle hergestellten Clinchverbunde mechanisch höher belastbar sind als ein vergleichbarer Nietverbund. Dies kann mit einer Vergrößerung von Verbundquerschnitt und -höhe in Folge der Blechumformung und der damit verbundenen vergrößerten Aufnahmefläche der mechanischen Spannungen begründet werden.

Eine Prozessintegration konnte durch die Herstellung von Verbindungen direkt im Werkzeug unter Wegfall der Vorarbeit des Blechs erreicht werden. Fig. 6 verdeutlicht die aufeinander folgenden Verfahrensschritte bei der Erzeugung von Verbindun-

gen im Werkzeug ohne Vorarbeiten im Blech. Die Machbarkeit wurde aufgezeigt, indem das Blech durch Erhöhung des Schmelzedrucks bricht und der Kunststoff anschließend durch die Bruchstelle hindurch in die Umformkavität fließt und den Form- schluss herstellt. Es konnte gezeigt werden, dass die Verbundfestigkeit solcher ohne Blechvorarbeit hergestellter Verbundteile die der Clinch- und Nietverbunde übertrifft. Für eine optimierte Herstellung solcher Verbindungen ist das Versagen des Leichtmetallblechs zu untersuchen. Die Geometrie der Bruchzone bestimmt schließlich die mechanische Belastbarkeit der Verbindung. Durch eine geeignete Gestaltung von Umformkavität und Prozessführung erscheint es möglich, den Blechbruch zu kontrollieren.

Die schematischen Darstellungen der Fig. 7 zeigt eine mittels des Schmelzedrucks beim Spritzgießen in ein Blech eingebrachten Sicke. Fig. 8 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer mittels des Schmelzedrucks beim Spritzgießen in ein Blech eingebrachten Sicke, bei welcher der spritzgegossene Kunststoff durch einen Materialriss hindurch getreten ist. Fig. 9 verdeutlicht in schematischer Perspektivdar- Stellung eine beginnende Rissbildung, die durch einen hohen Schmelzedruck beim Spritzgießen erzeugt wurde.

Die Fig. 10 verdeutlicht verschiedene Varianten von Schlitzgeometrien, die zur Herstellung von Clinchverbindungen in das Blech eingebracht werden können. Für die Ermittlung des Einflusses der Schlitzgeometrie auf die Blechumformung und die daraus resultierenden mechanischen Festigkeiten der Clinchverbindung wurden Länge, Breite und Form der Schlitze variiert. Die Standardgeometrie war der vertikale Schlitz (senkrecht zur Prüfkraft) mit 10 mm Länge und 0,5 mm Breite. Der Vergleich der Festigkeit dieser Varianten wird mit den Ergebnissen der mechanischen Prüfung diskutiert. Während die Schlitzrichtung keinen Einsfluss auf das Umformverhalten hat, konnte es mit dem Kreuzschlitz um 2-3 % verbessert werden. Die Variation der Schlitzlänge und Breite erbrachte folgende Ergebnisse: Mit einer großen Schlitzbreite verringert sich die erzielbare Umformung, und die Clinchverbindung ähnelt einer Nietverbindung. Die Länge des Blechs hat kleinen Einfluss auf die Umformung.

Weitere Versuchsergebnisse bei der Herstellung erfindungsgemäßer Hybrid- bauteile werden nachfolgend ergänzend diskutiert.

Da der Druck für die Umformung der bedeutendste Parameter ist, kommt der Druckerfassung in der Umformzone des Leichtmetallblechs eine wichtige Rolle zu. Aus

Sicht der Kunststoff-Fließfront wurde jeweils ein Druckaufnehmer vor und nach der Umformkavität platziert. Ebenso wurde im Werkzeug ein Temperaturaufnehmer eingebracht, um die Blechtemperatur beim Umformen zu messen. Der Druck wurde als Nachdruck variiert, indem der Umschaltpunkt so gesetzt wurde, dass ohne Nachdruck keine Umformung stattfand. Der Druck wurde schrittweise um 50 oder 100 bar gesteigert bis es zum Bruch des Blechs kam. Bei der Ermittlung der Umformgeometrie im Leichtmetallblech wurden die max. Umformung (u) und der Umformradius (r) zueinander in Verhältnis gesetzt.

Die schematischen Diagramme der Fig. 11 verdeutlichen den Zusammenhang zwischen maximaler Umformung u und dem Umformradius r bei einer kalottenförmigen Sicke (linkes Diagramm) bzw. einer dachförmigen Sicke (rechtes Diagramm). Die maximale Umformung tritt in der Mitte der Sicke (r = 0) auf, während die Umformung zum Rand der Sicke mit steigendem Radius abnimmt.

Das schematische Diagramm der Fig. 12 verdeutlicht das Umformverhalten von Aluminium und Magnesium beim Einbringen von Sicken bzw. beim Clinchen der Bleche.

Bei der Herstellung von Sicken besitzen Aluminium und Magnesium ein ähnliches Umformverhalten. Aufgrund der höheren Bruchspannung von Aluminium erfolgte der Bruch bei 550 bar, während das Magnesiumblech schon bei 450 bar versagte. Es wurde hierbei ein Blech mit einer Stärke von 1 ,5 mm verwendet, in das eine Sicke von 20 mm Durchmesser und einem Kantenradius von 2 mm (gekennzeichnet durch die Bemaßung 20 mm R2 Umformkavität, 1 ,5 mm Blechdicke) verwendet. Ein höherer Umformgrad konnte beim Aluminiumblech erreicht werden.

Beim Clinchen ist die Umformbarkeit von Aluminium etwas besser als von Mag- nesium. Es genügt schon ein geringer Druck von 100 bar für eine Umformung von ca.

30%. Ein höherer Druck bewirkt nahezu keine Erhöhung der max. Umformung, da das

Blech lediglich bis zu einer bestimmten Schlitzgröße umgeformt wird, wonach der

Kunststoff in die Umformkavität fließt und einen Gegendruck bildet.

Weitere Einflüsse des Drucks wurden mit anderen Geometrieparametern ver- bunden, was anhand der Darstellung der Fig. 13 illustriert ist. Die Schnittdarstellung der Fig. 13 verdeutlicht eine Kavität unterschiedlichen Durchmessers (5 mm, 10 mm,

20 mm) und unterschiedlicher Tiefe (4 ... 8 mm), die zudem unterschiedliche Kantenradien aufweisen konnte (2 ... 6 mm). Die Ergebnisse werden im Folgenden diskutiert.

Die Blechcharakterisierung hat gezeigt, dass die Umformung unter erhöhter Temperatur verbessert werden konnte, so dass von der im Spritgießprozess vorhan- denen Schmelzetemperatur ein positiver Beitrag für die Umformung erwartet werden kann, was anhand des Diagramms der Fig. 14 verdeutlicht ist.

Hierfür wurden mit einem ähnlichen Werkzeugaufbau Temperaturmessungen an der schmelzeseitigen Magnesiumblechoberfläche durchgeführt. Eine Blechvorwär- mung durch Konvektionsflamme wurde versucht. Es zeigte sich jedoch, dass die Wär- me des Leichtmetallblechs nach dem Schließen des Werkzeugs schnell abgeführt wird, so dass eine Temperatur von 200 ⁰ C nicht erreicht werden konnte. Daher wurde die Blechvorwärmung durch unterschiedlich hohe Werkzeugtemperaturen (40 - 100 ⁰ C) realisiert. In diesem Temperaturbereich steigt die absolute Umformung der Sicken sowohl bei Aluminium als auch bei Magnesium um ca. 5%. Die Umformung beim CNn- chen von Magnesium steigt nur geringfügig an.

Das schematische Diagramm der Fig. 15 verdeutlicht diesen Zusammenhang, der einen mehr oder weniger starken Einfluss der gewählten Vorwärmtemperatur auf das erzielbare Umformverhältnis (u/r) zeigt.

Die Schmelzetemperatur kann durch eine Aufwärmung des Blechs einen indi- rekten Einfluss auf dessen Umformbarkeit haben.

Der Einfluss der Umformgeometrie soll im Folgenden diskutiert werden. Wichtig ist zunächst der Durchmesser der Umformkavität. Drei verschiedene Umformkavitäten mit 10, 20 und 30 mm wurden verwendet. Bei der Herstellung von Sicken konnte bei gleichem Druck mit einer größeren Umformkavität eine größere Umformung erreicht werden. Bei Verwendung eines kleinen Durchmessers der Umformkavität konnte der für einen Bruch des Blechs notwendige Druck deutlich erhöht werden. Da tragende Hybridbauteile in der Regel größere Umformzonen als bei den vorliegenden Untersuchungen aufweisen können, sind auch größere Umformungen bei geringeren Drücken erzielbar. Es konnte gezeigt werden, dass die Clinchumformung eine nur geringe Ab- hängigkeit vom Umformdurchmesser zeigt.

Das Diagramm der Fig. 16 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen Umformdurchmesser (0 ... 30 mm) und dem erzielbaren Umformverhältnis (u/r) bei verschiedenen Einspritzdrücken (100 bar, 400 bar), jeweils für Magnesium und Aluminium.

Das Diagramm der Fig. 17 verdeutlicht weiterhin den Zusammenhang von Ein- spritzdruck (100 ... 800 bar) und erzielbarem Umformverhältnis, jeweils gemessen für verschieden gewählte Umformdurchmesser (D = 10 mm, D = 20 mm, D = 30 mm), jeweils getrennt für Aluminium und Magnesium.

Ein weiterer Parameter wird durch den Kantenradius der Umformkavität gebildet. Während die Standardgeometrie der Versuche ein 20 mm Durchmesser mit R2 Kantenradius war, wurde auch ein größerer Radius von R6 eingesetzt. Hierdurch kann die Spannung in der Umformzone reduziert werden, wodurch ein größerer Druck aufgebracht werden kann, der zu einer größeren Umformung führt. Mit dem Kantenradius von R6 konnte über den gesamten verwendeten Druckbereich eine deutliche Verbesserung der Umformung erzielt werden. Im Vergleich zum Radius R2 wurde beim AIu- miniumblech die maximale Umformung (Bruch) von 48% auf 87% und beim Magnesiumblech von 31% auf 77% erhöht. Somit ist eine geeignete Umformgeometrie für die Erzielung einer gewünschten Umformung des Leichtmetallblechs von großer Bedeutung.

Das Diagramm der Fig. 18 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen Ein- spritzdruck, Umformverhältnis und Kantenradius. Es wird dabei erkennbar, dass das erzielbare Umformverhältnis bei gegebenem Einspritzdruck mit größerem Kantenradius ebenfalls zunimmt.

Hinsichtlich der Blechdicke gilt Folgendes: die Standard-Blechdicke war 1 ,5 mm für Magnesium und Aluminium, wobei letztere auch mit 1 und 2 mm eingesetzt wurden. Alle Blechdicken konnten gut umgeformt werden, der Druckbedarf war jedoch sehr unterschiedlich. Das Umformverhalten von Magnesium- und Aluminiumblech sowie die Verbundfestigkeit der Clinchverbindung werden gemessen und mit dem konventionellen Nietverbund verglichen. Die Geometrie des Clinch-Schlitzes beeinflusst mit dem Umformverhalten auch die Festigkeit der Verbindung.

Bei einem Vergleich unterschiedlicher Schlitzformen zeigte sich, dass die Festigkeit mit Kreuzschlitzung höher als mit nur einem Schlitz ist. Mit einem größeren Kan-

tenradius konnte die Festigkeit verbessert werden. Die höchste mechanische Belastbarkeit konnte mit Clinchverbunden ohne Blechvorarbeit erreicht werden, was die Motivation für eine Prozessintegration unterstreicht. Die absolute Verbundfestigkeit erhöht sich bei Vergrößerung von Schlitzbreite und -länge. Ursächlich hierfür ist die Vergröße- rung der Querschnittsfläche. Andererseits ist die Umformung bei geringer Schlitzbreite erhöht. Daher ist ein Optimum zwischen gutem Umformverhalten und der resultierenden Verbundfestigkeit zu finden.

Ein Versuchplan zum lokalen Umformen von Leichmetallblech (Aluminium und Magnesium) wurde durchgeführt. Es wurden Umformverhalten, Geometrie, Clinchver- bunde, Belastbarkeit und Prozessführung miteinander verglichen.

Hinsichtlich des Einflusses des Durchmessers der Umformkavität konnte Folgendes festgestellt werden: es hat sich gezeigt, dass die Festigkeit durch Erhöhung des Durchmessers der Umformkavität erhöht werden konnte, obwohl die Schlitzabmaße in allen drei Fällen 10 x 0,5 mm betrugen. Dies liegt daran, dass mit Vergrößerung des Durchmessers eine größere Umformung (ähnlich einer Sicke) stattfindet, die in Prüfrichtung höhere Kräfte aufnehmen kann. Zudem kann angenommen werden, dass mit Erhöhung des Umformdurchmessers auch die Fläche zur Ausbildung eines zusätzlichen Haftverbundes in der Umformkavität ansteigt.

Beim Vergleich mit einem Nietverbund wurden Probekörper mit Nietverbund (Durchmesser 3 mm, Querschnittsfläche 7 mm ² ) hergestellt, mechanisch geprüft und die Festigkeit mit unterschiedlichen Clinchverbunden (Querschnittsfläche 5...10 mm ² ) verglichen. Es hat sich gezeigt, dass alle hergestellten Clinchverbunde mechanisch höher belastbar sind als der Nietverbund. Dies kann mit einer Vergrößerung von Verbundquerschnitt und -höhe infolge der Blechumformung und der damit verbundenen vergrößerten Aufnahmefläche der mechanischen Spannungen begründet werden.

Bei der Einbringung von Sicken ist eine Optimierung des Umformverhaltens durch die Gestaltung von Prozessführung und Geometrie möglich. Es konnten Umformgrade von 80% (Magnesium) und 90% (Aluminium) erreicht werden.

Bei Clinchverbindungen ist die Geometrie der im Blech eingearbeiteten Schlit- zung von zentraler Bedeutung. Die Machbarkeit der Herstellung von Clinchverbunden ohne Blechvorbearbeitung (Schlitzen) wurde geprüft.

Auf Grund der geringen Verbundhaftung zwischen Kunststoff und Magnesium bzw. Aluminium ist eine Kombination von Sicken und Clinchverbindungen bei der Konstruktion von Hybridbauteilen sinnvoll.

Weitere Möglichkeiten der Bauteilgestaltung am Beispiel eines U-förmigen Trä- gerbauteils, das in erfindungsgemäßer Verbundbauweise hergestellt ist, sind anhand der Figuren 19 bis 22 verdeutlicht. Dabei zeigt die Fig. 19 in schematischen Darstellungen den Prozess des Einbringens von Längssicken in ein U-förmiges Trägerbauteil, aus dem ein Hybridbauteil hergestellt wird. Hierbei werden in ein Trägerbauteil durch den Schmelzedruck Längssicken im Bodenbereich eingebracht. Ziel dieser änderung soll eine verbesserte Widerstandsfähigkeit des Trägers bei Biegebelastungen sein. Die Längssicken können bspw. eine Länge von ca. 90 mm, eine Breite von ca. 10 mm, eine Tiefe von bis zu ca. 4 mm sowie einen Kantenradius von ca. 4 mm aufweisen.

Die schematische Perspektivdarstellung der Fig. 20 zeigt das fertig geformte Trägerbauteil entsprechend Fig. 19, das zusätzlich mit einer Reihe von Clinchverbin- düngen versehen ist. Die Längssicken sowie die Clinchverbindungen im Bodenbereich des Trägers können bspw. durch einfache, wechselbare Leisten im Grund eines dü- senseitigen Formeinsatzes integriert werden. Die Leisten können hierbei vorzugsweise von vorne wechselbar sein. Dabei sollten die Verbindungselemente zum Befestigen der Leisten nicht in Bereichen der später auszuformenden Rippenstruktur liegen, um eine ungewollte Beeinträchtigung der Bauteiloberflächen zu vermeiden.

Die schematischen Darstellungen der Fig. 21 zeigen in den Prozess des Einbringens von Clinchverbindungen in ein U-förmiges Trägerbauteil, aus dem ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil hergestellt wird. Die Clinchverbindungen können dabei wahlweise miteinander fluchten oder leicht versetzt zueinander angeordnet sein. Die Clinchverbunde können an die Ausführung herkömmlicher Nietverbunde erinnern, um eine Vergleichbarkeit der unterschiedlichen formschlüssigen Verbünde gewährleisten zu können. Die Clinchöffnungen können bspw. jeweils einen Durchmesser von ca. 12 mm, eine Tiefe von bis zu ca. 4 mm sowie einen Kantenradius von ca. 4 mm aufweisen.

Zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit können weiterhin an den Flanken eines derartigen Trägerbauteils Diagonalsicken eingeprägt werden. Der perspektivische Teilausschnitt der Fig. 22 verdeutlicht eine Diagonalsicke, die in eine Flanke eines U-

förmigen Trägerbauteils entsprechend Fig. 21 eingebracht ist. Um eine derartige Dia- gonalsicke realisieren zu können, ist ein Rahmen im neuen düsenseitigen Werkzeugeinsatz vorzusehen, der das Entformen der durch die Diagonalsicken entstandenen Hinterschnitte im Bauteil ermöglich soll.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass in Hybridstrukturen Werkstoffsynergien ausgenutzt werden. Um zu einer optimierten Gestaltung einer Hybridstruktur zu gelangen, sind prozesstechnisch, werkstoffliche und konstruktive Aspekte gleichermaßen zu beachten. Eine gute Abstimmung ermöglicht leichte Strukturbauteile mit guten mechanischen Eigenschaften. Die Gestaltung der form- und/oder stoff- schlüssigen Verbindungen zwischen den Komponenten nimmt eine zentrale Stellung ein. In Hybridträgern werden formschlüssige Verbindungen gebildet. Die Gestaltung von Kunststoffrippen soll auf eine lokale und vom Belastungsfall abhängige Verstärkung des Metalleinlegeteils zielen, so dass z.B. bei Biegebelastungen ein Ausknicken der Einlegeteilflanken verhindert werden kann. Im Falle einer Torsionsbelastung wird mit diagonalen Rippen eine Parallelverschiebung der Einlegeteilflanken verhindert.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbei- spiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.