-
Die
Erfindung betrifft ein Dachmodul für einen Kraftwagen nach
dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin
ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Dachmoduls.
-
Dachmodule
aus Kunststoff für Kraftfahrzeuge sind in verschiedenen
Ausführungsformen allgemein bekannt. Solche Module sind
in der Regel sandwichartig aufgebaut und umfassen dabei die Außenbeplankung
des Daches, eine Zwischenschicht sowie eine Innenverkleidung, den
Dachhimmel.
-
Exemplarisch
sei hier die
DE 101
61 745 A1 genannt, welche ein Verbundbauteil, insbesondere für
Fahrzeugdächer offenbart, bei welchem eine feste Außenhaut
mit einer aufgeschäumten Kunststoffschicht und einer Verstärkungsschicht
versehen wird, um das erfindungsgemäße Verbundbauteil
zu erhalten.
-
In
der
DE 102 65 525
A1 ist ein vergleichbares Verbundbauteil offenbart, welches
eine Außenschicht in Form eines Metallblechs oder einer
Kunststofffolie, eine darunter liegende Tragschicht aus einem Schaummaterial,
eine unter dieser liegende Dämmschicht aus einem weiterem
Schaummaterial mit geringerer Dichte, sowie eine Innenschicht in Form
einer Wandverkleidung umfasst. Die Tragschicht kann dabei Verstärkungselemente
umfassen, welche beispielsweise in Form einer Wabenstruktur, welche
mit einem PU-Material umschäumt wird, oder auch in Form
eines Long-Fiber-Injection-Polyurethanschaumes ausgeführt
sein kann.
-
Ein
Nachteil vieler gängiger Dachmodulsysteme ist, dass die
einzelnen Schichten des Sandwichbauteiles aufwändig miteinander
verbunden werden müssen, was den Herstellungsprozess langwierig
und kostenaufwändig gestaltet. Weiterhin weisen insbesondere
wabenverstärkte Polyurethanschaumstoffe zwar eine sehr
gute Druckbelastbarkeit auf, sind dabei jedoch relativ anfällig
für Zug- und Biegebeanspruchungen, wie sie in vielen Unfallsituationen
auftreten.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Dachmodul
für einen Kraftwagen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung
bereitzustellen, welches eine einfache und kostengünstige
Fertigung mit einer hohen Zug-, Druck- und Biegebelastbarkeit des
Dachmoduls verbindet.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Dachmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 11 gelöst.
-
Ein
solches Dachmodul besteht aus einer Außenschicht aus einem
Kunststoffmaterial, einer Verstärkungsschicht aus einem
Verbundmaterial, sowie einer Innenverkleidung, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass zwischen der Verstärkungsschicht und der Innenverkleidung
zumindest bereichsweise eine Faserstrukturschicht angebracht ist. Die
Faserstrukturschicht ermöglicht dabei vorteilhafter Weise
die Aufnahme von Zugspannungen und Belastungen, welche in herkömmlichen
Dachmodulen nur unzureichend abgeleitet werden können.
Der Verbundcharakter der Verstärkungsschicht wiederum verstärkt
das Bauteil vorteilhafter Weise gegen Druckbelastungen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Dachmoduls ist weiterhin an den Außenrändern der
Außenschicht eine Dichtlippe angeformt. Dies ermöglicht
eine direkte Integration des fertigen Dachmoduls in eine Fahrzeugkarosserie,
ohne dass separate Dichtungen in einem eigenen Arbeitsschritt bei
der Montage des Moduls angebracht werden müssen. Es ist
dabei besonders vorteilhaft, die Verstärkungsschicht aus
einem wabenverstärkten Polyurethanmaterial auszubilden.
Solche Materialien verknüpfen geringes Gewicht mit einer hohen
Druckbelastbarkeit. Durch eine geeignete Wahl der Druckfestigkeit
des Wabenmaterials kann das Versagensverhalten des Dachmoduls, insbesondere
beim Pfahlaufprall weiter verbessert werden. So kann durch ein gezieltes
Kollabieren des wabenverstärkten Materials die Randfaserdehnung
in der Außenhaut verringert werden, wodurch ein Bruch der Außenschicht
erst bei deutlich größeren Verformungen eintritt.
-
Die
Außenschicht wird dabei bevorzugter Weise durch ein Faserverbundbauteil
auf Basis eines Sheet Moulding Compound gebildet. Die solchen Bauteilen
zugrunde liegenden Faser-Matrix-Halbzeuge sind durch Zuschneiden
und Fließpressen einfach und kostengünstig zu
verarbeiten und haben sehr gute Festigkeitseigenschaften bei geringem
Gewicht.
-
In
Weiterentwicklung der Erfindung können elektrisch leitende
Strukturen, insbesondere in Form einer Antenne zum Empfangen von
Rundfunksignalen oder dergleichen auf die Außenschicht
oder die Verstärkungsschicht aufgebracht werden. Damit
können Antennen für Rundfunkgeräte, Navigationsempfänger
oder dergleichen direkt in das Dachmodul integriert werden, was
solche Antennenstrukturen vor äußeren Belastungen
schützt und gleichzeitig das äußere Erscheinungsbild
des fertigen Fahrzeuges verbessert. Weiterhin können auch
elektrische Leitungen zum Verbinden verschiedener elektrischer Komponenten
im Fahrzeug auf die gleiche Art direkt in das Dachmodul integriert
werden.
-
Die
zwischen Verstärkungsschicht und Innenverkleidung gelegene
Faserstrukturschicht ist bevorzugter Weise so angeordnet, dass eine
Hauptverlaufsrichtung einer überwiegenden Menge von Fasern
im eingebauten Zustand des Dachmoduls in Fahrzeugquerrichtung verläuft.
Damit kann die Faserstrukturschicht die Funktion von Dachspriegeln übernehmen
und insbesondere in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Zug- und Biegebelastungen
aufnehmen und ableiten. Es ist dabei ganz besonders vorteilhaft,
die Faserstrukturschicht so auszulegen, dass die Faserdichte dieser
Schicht im eingebauten Zustand des Dachmoduls in zumindest einem
Bereich, welcher zwischen zwei Säulen des Kraftwagens verläuft,
am höchsten ist. Damit können solche Kräfte
in die Säulen des Kraftwagens abgeleitet werden, und von
der restlichen Karosserie aufgenommen werden, wodurch hohe punktuelle
Belastungen vermieden, abgeleitet und verteilt werden.
-
In
einer weiteren Fortbildung der Erfindung sind in die Innenverkleidungsschicht
Vertiefungen eingeformt, in welche Funktionselemente lösbar
einsetzbar sind. So werden einfache Montagemöglichkeiten
für derartige Funktionselemente, wie beispielsweise Sonnenblenden
geschaffen. Darüber hinaus kann das Dachmodul flächige
Aussparungen aufweisen, welche zur Aufnahme von Schiebedächern,
Glasdächern, Solarmodulen oder dergleichen ausgebildet
sind.
-
In
einer weiteren Ausführungsform umfasst die Innenverkleidung
zumindest einen umklappbaren Randbereich, welcher im eingebauten
Zustand des Dachmoduls zur Verkleidung an einem Karosserieelement
des Kraftwagens anordenbar ist. Damit wird ein einfach zu montierender Übergang
zwischen dem Dachhimmel und der Verkleidung von Seitenelementen
des Kraftwagens geschaffen.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines
solchen Dachmoduls, bei welchem eine Außenschicht aus einem
Kunststoffmaterial, insbesondere ein SMC-Formteil, eine Verstärkungsschicht
aus einem Verbundmaterial, insbesondere eine Polyurethanwabenstruktur,
sowie ein Innenverkleidungsteil stoffschlüssig in einem
Formwerkzeug verbunden werden, wobei zwischen die Verstärkungsschicht
und das Innenverkleidungsteil zumindest bereichsweise eine Faserstrukturschicht eingelegt
wird. Die Herstellung eines solchen Dachmoduls ist mittels eines
derartigen Verfahrens im wesentlichen in einem Fertigungsschritt
möglich. Ein aufwändiges sequentielles Verkleben
einzelner Schichten des Sandwiches, wie in vielen Verfahren, welche
im Stand der Technik bekannt sind, üblich, entfällt
hier, wodurch das Verfahren kostengünstiger und effizienter
wird.
-
In
einer Ausgestaltung dieses Verfahrens kann das SMC-Formteil dabei
vor dem Einlegen in das Formwerkzeug über zumindest ein
Steckverbindungselement reversibel mit einer Kraftwagenkarosserie
verbunden werden, gemeinsam mit dieser lackiert und getrocknet und
schließlich wieder von der Kraftwagenkarosserie getrennt
werden. Damit ist eine Online-Lackierung des Dachmoduls in der Hauptfertigungslinie
gemeinsam mit der zugehörigen Karosserie ermöglicht.
Nach der Lackierung wird das Formteil wieder aus der Hauptfertigungslinie
ausgeschleust und zur Herstellung eines Dachmoduls nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet.
-
Es
ist dabei besonders vorteilhaft, ein Formwerkzeug zu verwenden,
welches eine Rettung aus Bürsten aufweist, die so angeordnet
ist, dass beim Einlegen des SMC-Formteils die Außenseite
des Formteils auf der Rettung zu liegen kommt. Dies ist besonders
bei vorlackierten Formteilen vorteilhaft, da durch die Bürstenbettung
eine Beschädigung des Lackes vermieden wird. Eine Bürstenbettung
kann weiterhin mitgeschleppte Schmutzpartikel aufnehmen, wodurch
die Gefahr von Lackschäden weiter verringert wird.
-
Es
ist weiterhin vorteilhaft, direkt nach dem Einlegen des SMC-Formteils
in das Formwerkzeug ein Dichtungselement so in das Formwerkzeug
einzulegen, dass es einen Randbereich des SMC-Formteils umläuft.
Damit kann die Montage des Dichtungselementes direkt in die einschrittige
Herstellung des Dachmoduls integriert werden, so dass ein weiterer, separater
Montageschritt für das Anbringen des Dichtelementes entfällt.
-
Im
Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen
näher erläutert werden.
-
Dabei
zeigen:
-
1 einen
Querschnitt durch ein Dachmodul im eingebauten Zustand;
-
2 eine
perspektivische Darstellung eines bevorzugten Faserverlaufes in
der Faserstrukturschicht;
-
3 bis 6 eine
schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung
eines Dachmoduls;
-
7 eine
bevorzugte Ausgestaltung eines Formwerkzeuges, welches bei einem
solchen Verfahren zum Einsatz kommt.
-
1 zeigt
einen teilweisen Querschnitt durch ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes
Dachmodul in seinem eingebauten Zustand. Das Dachmodul ist aufgebaut
aus einer äußeren Faserverbundkunststoffschicht 12,
welche insbesondere durch Formen eines Sheet-Moulding-Compound-Halbzeuges
hergestellt werden kann, einer wabenverstärkten Polyurethanschaumstoffschicht 14,
sowie einer Innenverkleidung 16, welche hier als Dachhimmel
ausgeprägt ist. Zwischen die wabenverstärkte Verbundschicht 14 und
den Dachhimmel 16 ist eine Faserstrukturschicht 18 eingebracht.
Die genannten Schichten sind dabei in den Bereichen 20 und 22 durch
Hinterschäumen miteinander verbunden. In einem Randbereich 24 liegt
das Dachmodul 10 auf einem Flansch 26, welcher
von den beiden Blechschalen 28 und 30 eines Dachlängsträgers 32 gebildet
wird auf. Ebenfalls in diesem Flanschbereich 26 angebunden
ist ein Außenbeplankungsteil 32, gegen welches
das Dachmodul 10 durch eine Dichtlippe 34 abgedichtet
ist. Zur Befestigung ist das Dachmodul 10 gegen den Flanschbereich 26 sowie
einen Bereich 36 des Außenbeplankungsteils 32 durch
Kleberaupen 38 und 40 festgelegt. Die äußere
Oberfläche 42 des Dachmoduls 10 ist dabei
in der gleichen Wagenfarbe lackiert wie das Außenbeplankungsteil 32.
-
Der
Dachhimmel 16 erstreckt sich nicht über die gesamte
Breite des Dachmoduls 10, sondern endet im Einbauzustand
auf Höhe des Flanschbereichs 26 des Dachlängsträgers 32,
wobei sich an diesem Punkt an den Dachhimmel 16 ein weiterer
Verkleidungsbereich 44 anschließt, welches hier
im nicht endgültig montierten Zustand gezeigt ist. Um die Montage
zu vervollständigen kann das Verkleidungsteil 44 in
Richtung des Dachlängsträger geklappt und an diesem
befestigt werden, um so einen Teil der Innenverkleidung dieses Längsträgers
zu bilden. Der Dachhimmel 16 kann des Weiteren selbst mehrschichtig
aufgebaut sein, wobei ein solcher Dachhimmel bevorzugt eine akustisch
isolierende Weichschaumschicht, sowie eine zur Fahrgastzelle 46 angeordnete
dekorative Textilschicht umfasst.
-
Wie
in 2 dargestellt ist die Faserstrukturschicht 18 nicht
durchgehend und homogen über das gesamte Dachmodul angeordnet,
sondern bildet bevorzugte Bereiche mit besonders hoher Faserdichte und
einer Faservorzugsrichtung aus. Insbesondere im Bereich von Fahrzeugsäulen 48 verlaufen
besonders dichte Faserbündel 50, welche bevorzugt
in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind, und so die Funktion von
Dachspiegeln übernehmen.
-
In
Richtung auf die Dachlängsträger 32 hin verbreitern
sich dabei die Faserbündel, um eine möglichst
großflächige Einleitung von Zug- und Biegebeanspruchungen
aus dem Dachmodul 10 in die Dachlängsträger 32 und über
die Säulen 48 weiter in die Fahrzeugkarosserie
hinein zu ermöglichen.
-
Die 3 bis 6 zeigen
den Herstellungsprozess eines derartigen Dachmoduls. Hierzu wird
ein Formwerkzeug 52, welches wiederum aus einer unteren
Werkzeughälfte 54 und einer oberen Werkzeughälfte 56 besteht.
Zunächst wird ein vorgeformtes und ausgehärtetes
SMC-Formteil 58 in die untere Werkzeughälfte 54 eingelegt.
Bevorzugterweise ist die Oberfläche 60 des SMC-Formteiles 58 zu
diesem Zeitpunkt bereits lackiert. Auf das SMC-Formteil 58 wird
nun ein wabenverstärktes Polyurethanschaumteil 62 aufgelegt,
welches an seinen Oberflächen 64 und 66 mit
einer Klebstoffschicht versehen sein kann. Auf die Oberfläche 66 des PUR-Schaumteils 62 wird
schließlich eine Faserstrukturschicht 68 aufgelegt
und durch zwei Schiebewerkzeuge 70, 70' in ihren
Randbereichen 72 und 74 in eine gewünschte
Form gebracht. Die Faserstrukturschicht 68 kann dabei als
fertig ausgehärtetes Bauteil integriert werden, es ist
jedoch ebenfalls möglich, die Faserstruktur erst zu diesem
Zeitpunkt, beispielsweise aus vorimprägnierten Fasern auf
das PUR-Schaumteil 62 aufzulegen und gemeinsam mit der
Reststruktur auszuhärten.
-
Auf
die so gebildete Struktur wird, wie in 5 gezeigt,
im nächsten Arbeitsschritt ein Innenverkleidungsteil 76 aufgelegt,
woraufhin das Werkzeug 52 verschlossen wird.
-
Wie
in 6 gezeigt, werden nun die Werkzeughälften 54 und 56 des
Formwerkzeuges in Richtung des Pfeiles 78 unter schwachem
Anpressdruck gegeneinander gepresst und die Gesamtstruktur aus dem
SMC-Formteil 58, dem PUR-Verbundbauteil 62, der
Faserstrukturschicht 68 und des Innenverkleidungsteils 76 im
Bereich 80 hinterschäumt.
-
Das
Hinterschäumen geschieht dabei bevorzugt druckarm. Nun
kann das Aushärten des Gesamtwerkstückes beispielsweise über
die Werkzeugtemperatur initiiert in die Wege geleitet werden, und nach
Vollendung des Aushärteprozesse in das fertige Dachmodul 10 entformt
werden.
-
7 zeigt
schließlich ein besonderes Werkzeug 52' für
die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Es unterscheidet sich vom vorher gezeigten Werkzeug 52 durch
eine besonders geformte untere Werkzeughälfte 54',
welchen eine Rettung 82 aus Bürsten umfasst. Diese
Bürstenbettung nimmt die Oberfläche 60 des
SMC-Teils 58, die zu diesem Zeitpunkt bereits lackiert
ist, auf, und schützt den Lack vor Beschädigungen.
Weiterhin ist in 7 zu erkennen, wie die Dichtlippe 34 während
des Verfahrens an das Dachmodul 10 angebunden werden kann.
Hierzu kann an den Seitenflächen 84 des SMC-Formteils 58 Klebstoff
angebracht werden, woraufhin die Dichtlippe 34 an diesen
Seitenflächen angeordnet wird und während des
gesamten Fertigungsvorgangs des Dachmoduls 10 dort verbleibt und
gemeinsam mit dem Dachmodul 10 aushärtet.
-
Weiterhin
stehen zur Lackierung der Außenfläche 60 des
SMC-Formteils 58 zwei Möglichkeiten zur Verfügung.
Die Herstellung und Lackierung des SMC-Formteils 58 kann
entweder offline, d. h. unabhängig von der Hauptfertigungslinie
erfolgen, wobei das Formteil separat in einem Werkzeug aus einem SMC-Halbzeug
geformt und anschließend als Einzelteil lackiert wird.
Andererseits ist eine Online-Lackierung des SMC-Formteils 58 möglich,
d. h. die Lackierung erfolgt zusammen mit der zugehörigen
Karosserie in der Hauptfertigungslinie. Hierzu wird das SMC-Formteil 58 zunächst
aus einem entsprechenden Halbzeug geformt und gehärtet
und anschließend über eine lösbare Verbindung,
beispielsweise über eine Klemmverbindung, an der zugehörigen
Karosserie befestigt. Zusammen mit dieser Karosserie durchläuft
das SMC-Formteil 58 nun den Lackierungs- und Trocknungsprozess,
woraufhin es wieder von der Karosserie gelöst und aus der
Hauptfertigungslinie ausgeschleust wird. Zu diesem Zeitpunkt steht
das SMC-Formteil 58 für die Weiterverarbeitung nach
dem gezeigten Verfahren zur Verfügung.
-
- 10
- Dachmodul
- 12
- Faserverbundkunststoffschicht
- 14
- Polyurethanschaumstoffschicht
- 16
- Innenverkleidung
- 18
- Faserstrukturschicht
- 20
- Bereich
- 22
- Bereich
- 24
- Randbereich
- 26
- Flansch
- 28
- Blechschale
- 30
- Blechschale
- 32
- Dachlängsträger
- 34
- Dichtlippe
- 36
- Bereich
- 38
- Kleberaupe
- 40
- Kleberaupe
- 42
- Oberfläche
- 44
- Verkleidungsteil
- 46
- Fahrgastzelle
- 48
- Fahrzeugsäulen
- 50
- Faserbündel
- 52,
52'
- Formwerkzeug
- 54,
54'
- untere
Werkzeughälfte
- 56
- obere
Werkzeughälfte
- 58
- SMC-Formteil
- 60
- Oberfläche
- 62
- Polyurethanschaumteil
- 64
- Oberfläche
- 66
- Oberfläche
- 68
- Faserstrukturschicht
- 70,
70'
- Schiebewerkzeuge
- 72
- Randbereich
- 74
- Randbereich
- 76
- Innenverkleidungsteil
- 78
- Pfeil
- 80
- Bereich
- 82
- Rettung
- 84
- Seitenfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10161745
A1 [0003]
- - DE 10265525 A1 [0004]