DE102004056148A1 - Verbundbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil mit einem umschäumten Einleger (102) aus expandiertem Metall, insbesondere einen Lenksäulen-Aufprallschutz.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, insbesondere einen Stoßabsorber, ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil, ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, ein Strukturbauteil, wie z.B. eine Verschlussklappe, sowie einen Fahrzeugsitz und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils.
  • Aus der DE 101 61 155 A1 ist ein Verbundbauteil aus Polyurethan mit einem Einleger bekannt. Bei dem Einleger handelt es sich um einen Gegenstand der ganz oder teilweise in die faserverstärkte Polyurethanschicht eingeschäumt werden kann. Die Einleger bestehen aus Kunststoff und/oder Metall, beispielsweise Stahl, Kupfer, Zink, Aluminium oder Legierungen hiervon.
    •
  • Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verbundbauteil, insbesondere einen Stoßabsorber, einen Lenksäulen-Aufprallschutz, ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil, ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, ein Strukturbauteil, wie z.B. eine Verschlussklappe, sowie einen Fahrzeugsitz und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils zu schaffen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schafft ein Verbundbauteil mit einem umschäumten Einleger aus expandiertem Metall. Gegenüber herkömmlichen Einlegern aus Metall, hat der erfindungsgemäße Einleger aus expandiertem Metall verschiedene Vorteile. Insbesondere wird zur Erreichung einer bestimmten Steifigkeit des Verbundbauteils weniger Metall benötigt, was Gewichts- und Kostenvorteile hat. Ferner ist aufgrund der Gitteröffnungen des expandierten Metalls eine innigere Verbindung zwischen dem Metall und dem Schaumstoff erreichbar. Dadurch lässt sich die mechanische Beanspruchbarkeit des Verbundbauteils verbessern.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Schaumstoff um ein Polyurethan. Je nach Anwendung kann es sich dabei um weichen, halbharten oder harten Schaumstoff handeln. Zur weiteren Erhöhung der Stei figkeit des Verbundbauteils können dem Schaumstoff Verstärkungsmaterialien, wie zum Beispiel Mineralfasern oder Glasfasern zugesetzt sein.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Einleger aus expandiertem Metall angrenzend an eine Oberfläche des Verbundbauteils angeordnet. Der Einleger ist also vollständig von Schaumstoff umgeben und befindet sich nahe an einer der Oberflächen des Verbundbauteils. Dies ist für verschiedene Anwendungen, insbesondere für Anwendungen als Stoßabsorber und als Rückenlehne eines Sitzes, vorteilhaft.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht das expandierte Metall aus Stahl, Kupfer, Zink, Aluminium oder einer Legierung.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das expandierte Metall eine Gitterstruktur mit Gitteröffnungen einer Länge von ca. 10 mm bis 30 mm, insbesondere 20 mm, und einer Breite von ca. 5 mm bis 15 mm, insbesondere 10 mm.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird durch das Verbundbauteil ein Stoßabsorber gebildet. Solche Stoßabsorber werden zum Beispiel in Kraftfahrzeuge zur Verbesserung der Sicherheit der Fahrzeug-Insassen bei einem Aufprall eingebaut.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbundbauteil als Lenksäulen-Aufprallschutz ausgebildet. Ein Lenksäulen-Aufprallschutz ist zur Anordnung unter der Lenksäule zwischen dem Lenkrad und der Instrumententafel ausgebildet. Der Lenksäulen-Aufprallschutz dient insbesondere als Knieschutz bei einem Aufprall, wenn die Knie des Fahrers in Richtung auf die Lenksäule hochgeschleudert werden.
  • Vorzugsweise ist der Einleger aus expandiertem Metall angrenzend an eine Oberfläche des Lenksäulen-Aufprallschutzes angeordnet, welche sich in Ein bauposition an der Lenksäule befindet, so dass die Knie im Falle eines Aufpralls auf die dem Einleger gegenüberliegende Seite des Verbundbauteils aufprallen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Verbundbauteil als Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil ausgebildet. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass sich das Fahrzeuggewicht bei gleichbleibender oder verbesserter Crash-Sicherheit reduzieren lässt. Insbesondere bei Verwendung von Polyurethan hat ein solches erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil auch raumakustische Vorteile.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbundbauteil als Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil ausgebildet. Ein solches Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil kann dabei rein dekorative Zwecke haben und/oder als Stoßabsorber dienen. Ferner kann es sich auch um ein strukturelles Bauteil handeln, wie z.B. eine Verschlussklappe, insbesondere ein Handschuhkastendeckel, oder eine Hutablage.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Fahrzeugsitz mit einem umschäumten Einleger aus expandiertem Metall. Insbesondere die Rückenlehne des Fahrzeugsitzes kann einen solchen umschäumten Einleger aufweisen. Durch die Verwendung des expandierten Metalls lässt sich das Gewicht bei gleicher Bequemlichkeit und Steifigkeit reduzieren.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils. Zunächst wird ein Einleger durch Expansion eines Metalls hergestellt. Der Einleger erhält dadurch zum Beispiel eine gitterförmige Struktur. Der Einleger wird in einer Form eingelegt. In das durch die Form gebildete Formnest wird dann ein schäumendes Reaktionsgemisch eingebracht. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass das schäumende Reaktionsgemisch aufgrund der gitterförmigen Struktur des Einlegers eine innige Verbindung mit dem Einleger eingehen kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es sich insbesondere auch um ein sogenanntes Reaction Injection Molding (RIM) Verfahren handeln, welches auch als Reaktionsspritzguss bezeichnet wird. Ferner kann es sich auch um High Speed RIM oder Re-Enforced RIM handelt, bei den Verstärkungsmaterialien, wie zum Beispiel Mineralfasern oder Glasfasern dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Einleger nicht an der Form befestigt, sondern er wird lose in die Form eingelegt, so dass er sich zumindest in einem Freiheitsgrad bewegen kann. Wird der Einleger zum Beispiel auf den Boden des Formnests gelegt, so kann er sich während des Ablaufs der schäumenden Reaktion in Richtung auf die dem Boden gegenüberliegende Seite des Formnests zu bewegen. Dadurch wird der Einleger in dem resultierenden Verbundbauteil angrenzend zu der entsprechenden Oberfläche des Verbundbauteils angeordnet.
    •
  • Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch eine Form mit einem eingelegten Einleger,
  • 2 die Form der 1 nach Einbringung eines schäumenden Reaktionsgemisches während des Ablaufs der Reaktion,
  • 3 das aufgrund der schäumenden Reaktion erhaltende Verbundbauteil,
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils,
  • 5 einen Einleger aus expandiertem Metall für einen Stoßabsorber, insbesondere einen Lenksäulenaufprallschutz,
  • 6 einen Lenksäulenaufprallschutz mit dem Einleger der 5,
  • 7 eine Einbauposition des Lenksäulenaufprallschutzes der 6.
  • Die 1 zeigt eine Form 100 mit einem in die Form 100 eingelegten Einleger 102 aus expandiertem Metall. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel liegt der Einleger 102 auf dem Boden der Form 100 auf. Der Einleger 102 ist nicht an der Form 100 befestigt, sondern lose in die Form 100 eingelegt.
  • Die 2 zeigt die Form 100, nachdem in das durch die Form 100 gebildete Formnest ein schäumendes Reaktionsgemisch 104 eingebracht worden ist. Das schäumende Reaktionsgemisch 104 geht während des Reaktionsablaufs mit dem Einleger 102 eine innige Verbindung ein und bewegt den Einleger 102 von dem Boden der Form 100 in Pfeilrichtung 106 auf die dem Boden gegenüberliegende Seite der Form 100 zu.
  • Nach Öffnung der Form 100 erhält man so das Verbundbauteil 108 mit dem Einleger 102, der angrenzend an eine Oberfläche 110 des Verbundbauteils 108 angeordnet ist, wie in der 3 dargestellt.
  • Bei dem in die Form 100 eingebrachten Reaktionsgemisch 104 handelt es sich vorzugsweise um Polymere, die mit reaktiven Einsatzkomponenten vermischt werden, wie zum Beispiel Polyol und Isocyanat.
  • Bei dem Verbundbauteil 108 handelt es sich beispielsweise um einen Stoßabsorber, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Stoßabsorber, zur Verbesserung des Schutzes der Kraftfahrzeug-Insassen bei einem Aufprall. Beispielsweise kann es sich bei dem Verbundbauteil 108 um einen Lenksäulen-Aufprallschutz, ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil, ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil oder ein sonstiges Strukturbauteil handeln. Ferner kann es sich bei dem Verbund bauteil 108 auch um die Sitzfläche oder die Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes handeln. In letzterem Fall wird die Sitzfläche durch die der Oberfläche 110 gegenüberliegende Oberfläche 112 des Verbundbauteils gebildet.
  • Die 4 zeigt ein entsprechendes Flussdiagramm. In dem Schritt 200 wird ein Einleger durch Expansion von Metall hergestellt. Der so hergestellte Einleger hat eine gitterförmige Struktur mit Gitteröffnungen von zum Beispiel 10 mm bis 30 mm Länge und 5 mm bis 15 mm Breite. In dem Schritt 202 wird der Einleger in eine Form eingelegt. In dem Schritt 204 wird ein schaumfähiges Reaktionsgemisch in das durch die Form gebildete Formnest eingetragen. Nach zumindest teilweisem Ablauf der Reaktion wird die Form geöffnet (Schritt 206), so dass man das Verbundbauteil erhält.
  • Die 5 zeigt eine Ausführungsform des Einlegers 102 aus expandiertem Metall zur Herstellung eines Stoßabsorbers, insbesondere eines Lenksäulen-Aufprallschutzes.
  • Die 6 zeigt einen Lenksäulen-Aufprallschutz 108, der wie mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 erläutert, mit Hilfe des Einlegers 102 der 5 hergestellt worden ist.
  • Die 7 zeigt eine Einbauposition des Lenksäulen-Aufprallschutzes 108 an einer Lenksäule 114 eines Kraftfahrzeugs. Der Lenksäulen-Aufprallschutz 108 ist zwischen einem Lenkrad 116 und einer Instrumententafel 118 an der Lenksäule 114 angeordnet. Die Oberfläche 110 mit dem an die Oberfläche 110 angrenzenden Einleger 102 befindet sich dabei an der Lenksäule 114, so dass die Knie des Fahrers bei einem Aufprall auf die Oberfläche 112 des Lenksäulen-Aufprallschutzes 108 aufprallen können.
    • 100
    Form
    102
    Einleger
    104
    Reaktionsgemisch
    106
    Pfeilrichtung
    108
    Verbundmaterial, Lenksäulen-Aufprallschutz
    110
    Oberfläche
    112
    Oberfläche
    114
    Lenksäule
    116
    Lenkrad
    118
    Instrument

Claims (18)

  1. Verbundbauteil mit einem umschäumten Einleger (102) aus expandiertem Metall.
  2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Schaumstoff (104) um ein Polyurethan handelt.
  3. Verbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Einleger angrenzend an eine Oberfläche (110) des Verbundbauteils angeordnet ist.
  4. Verbundbauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich bei dem Metall um Stahl, Kupfer, Zink, Aluminium oder eine Legierung handelt.
  5. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das expandierte Metall Gitteröffnungen von einer Länge von ca. 10 mm bis 30 mm, vorzugsweise ca. 20 mm, und einer Breite von ca. 5 mm bis 15 mm, vorzugsweise ca. 10 mm, aufweist.
  6. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um einen Stoßabsorber handelt.
  7. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um einen Lenksäulenaufprallschutz handelt.
  8. Verbundbauteil nach Anspruch 7, wobei der Einleger angrenzend an eine Oberfläche des Verbundbauteils angeordnet ist, welche in einer Einbauposition des Verbundbauteils an eine Lenksäule (114) angrenzt.
  9. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil handelt.
  10. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil handelt.
  11. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Stukturbauteil, beispielsweise eine Verschlussklappe oder eine Hutablage, handelt.
  12. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einleger (102) vollständig von dem Schaumstoff umgeben ist.
  13. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaumstoff sämtliche Gitteröffnungen des Einlegers durchdringt.
  14. Fahrzeugsitz mit einem Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Fahrzeugsitz nach Anspruch 14, mit einer Rückenlehne, die das Verbundbauteil aufweist.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (108) mit folgenden Schritten: – Herstellung eines Einlegers (102) aus expandiertem Metall, – Einlegen des Einlegers in eine Form (100), – Einbringung eines schäumenden Reaktionsgemisches in die Form.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Einleger lose in die Form eingelegt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei sich der Einleger während der Reaktion in Richtung auf die der Ausgangsposition des Einlegers gegenüberliegende Seite der Form zu bewegt.
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