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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbauteil mit einer Sandwichstruktur und dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung dieses Kraftfahrzeugbauteils.
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Im Kraftfahrzeugbau spielt der Leichtbau aufgrund steigender Rohstoff- und Ölpreise eine immer größere Rolle, da der Kraftstoffverbrauch und damit auch der klimarelevante Kohlendioxidausstoß unmittelbar vom Fahrzeuggewicht abhängen. Eine Strategie zur Gewichtsreduktion kann in einer Werkstoffsubstitution oder einer alternativen Fahrzeugkonstruktion liegen, die Sandwichbauweise gehört dabei zu der Leichtbaustrategie Formleichtbau. Sandwichbauteile weisen außerdem den für den Fahrzeugbau weiteren Vorteil guter akustischer Dämmung und thermischer Isolation auf.
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Eine Sandwichstruktur besteht aus zwei Deckschichten, die von einem dazwischen liegenden Kern auf Distanz gehalten werden. Um eine gewünschte Gewichtsminderung zu erreichen, werden Kerne mit geringer Dichte, beispielsweise aus Wabenstrukturen, die eine hohe spezifische Steifigkeit aufweisen, von zwei dünnen Deckschichten mit hoher Festigkeit umgeben.
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Allerdings bedingt die Herstellung solcher Sandwichpaneele häufig lange Prozesszyklen, komplizierte Werkzeuge und Maschinen führen zu relativ teuren Herstellungsprozessen.
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Aus dem Stand der Technik ist mit der
US 2002/0106482 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer lichtdurchlässigen Paneele mit einheitlicher Anmutung bekannt, die einen aus Zellen gebildeten Kern zwischen zwei lichtdurchlässigen Folien umfasst und bezüglich der Lichtdurchlässigkeit verbessert ist. Um eine einheitliche Lichttransmission und -reflexion zu erreichen und um Kehlnähte aus Klebstoff, Blasen oder Lufteinschlüsse und Folienabtrennungen zu vermeiden, wird eine lichtdurchlässige Folie mittels eines Klebfilms an den Kern angeklebt.
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Ein Verfahren zur Umformung eines Zellulose basierten Kerns, ohne dessen mechanische Eigenschaften zu verschlechtern, wird in der
US 2002/0086912 A1 beschrieben, und umfasst die Behandlung des Kernmaterials mit einer ausreichenden Wassermenge vorzugsweise durch zehn Minuten langes Eintauchen in warmes Wasser, das Umformen des befeuchteten Kernmaterials und anschließend an das Umformen das Entfernen einer ausreichenden Wassermenge, um ein endgeformtes Kernmaterial zu erhalten.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein gekrümmtes Kraftfahrzeugbauteil aus einer Sandwichstruktur aus einem kostengünstigen Material bereitzustellen, mit dem bei ausreichender Festigkeit das Gewicht des Kraftfahrzeugbauteils verringert wird und das in einfacher und Kosten sparender Weise herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine Verwendung eines Kraftfahrzeugbauteils wird mit den Merkmalen aus Anspruch 6 offenbart.
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Ferner besteht eine Aufgabe darin, Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Fahrzeugbauteils mit einer Sandwichstruktur bereitzustellen, die unter Verwendung von konstruktiv einfachen Werkzeugen in kurzen Prozesszyklen mit wenigen Schritten durchgeführt werden können, und damit zur Kostensenkung beitragen.
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Diese Aufgabe wird durch die Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 7 und 8 gelöst.
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Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein gekrümmtes Kraftfahrzeugbauteil mit einer Sandwichstruktur, die einen Papierwabenkern aus einer Vielzahl von Stegen umfasst, der mit wenigstens einer Deckschicht – zumeist werden es aber zumindest zwei beidseitig des Kerns angeordnete Deckschichten sein – die Sandwichstruktur bildet. Das Sandwichbauteil weist eine gekrümmte Form auf, die durch zumindest einen Radius definiert werden kann. Unter Papier sind hier cellulosebasierte Materialien zu verstehen, insbesondere auch Pappe oder Karton. Die Deckschichten, zwischen denen der Papierwabenkern gesandwicht ist, werden aus thermoplastischen Kunststofffolien gebildet. Der Verbund der Sandwichstruktur zwischen den Deckschichten und dem Wabenkern wird durch eine Fließumrandung des die Deckschichten bildenden thermoplastischen Kunststoffmaterials um die Stege des gekrümmten Wabenkerns im Bereich der Anschlussstellen der Stege an die Deckschicht bereitgestellt. Unter Fließumrandung wird eine adhäsive Anbindung der thermoplastischen Kunststofffolie an den Anschlussstellen der Stege verstanden, die durch ein teilweises Umfließen der Stege durch die thermoplastische Folie im Bereich der Anschlussstellen gebildet wird. Vorteilhaft dringt hierbei kein Kunststoff in das Innere des Wabenkerns, d. h. in die Hohlräume zwischen den Stegen, ein. Ferner ist kein zusätzliches Bindemittel notwendig. Das Kraftfahrzeugbauteil kann damit lediglich den zwischen den Deckschichten gesandwichten Wabenkern umfassen. Um eine noch bessere Anbindung der Stege des Wabenkerns an die Deckschichten zu erreichen, können die Stege im Bereich der Anschlussstellen um eine vorbestimmte Länge gestaucht sein, so dass die Anbindungsflächen zwischen der Deckschicht und den Wabenstegen durch eine vermehrte Fließumrandung vergrößert werden, und zusätzlich eine gewisse Imprägnierung des Wabenkerns im Bereich der Anschlussstellen der Stege mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial vorliegt.
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Wird das Sandwich aus zweien, den Wabenkern beidseitig umgebenden Deckschichten gebildet, so kann hier eine symmetrische oder asymmetrische Sandwichanordnung gewählt werden, wobei bei der symmetrischen Sandwichanordnung beide Deckschichten des Wabenkerns aus einem gleichen thermoplastischen Kunststoff sind, während bei einer asymmetrischen Anordnung verschiedene thermoplastische Kunststoffe für die beidseitig angeordneten Deckschichten gewählt werden können. Geeignete thermoplastische Kunststoffe, die als Folien die Deckschichten bilden können, umfassen insbesondere Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).
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Um einen Kantenverschluss des Kraftfahrzeugbauteils bereitzustellen, kann sich in einer Ausführungsform zumindest eine der Deckschichten seitlich über einen Rand des Wabenkerns erstrecken und diesen somit versiegeln.
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Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils beziehen sich darauf, dass eine der Deckschichten, die zur Bildung einer optisch erfassbaren Oberfläche des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, eine strukturierte Oberfläche aufweist, die beispielsweise durch ein sogenanntes Telegraphing der Stege des Wabenkerns durch die Deckschicht bereitgestellt wird. Bei dem Telegraphing handelt es sich um einen bei tragenden Bauteilen unerwünschten Effekt, es kann jedoch beispielsweise im Interieurbereich bei einem Verkleidungselement zur Darstellung einer optisch und haptisch wahrnehmbaren Oberflächenstruktur verwendet werden, wobei die Struktur des Wabenkerns abgebildet wird und ein gewünschtes Erscheinungsbild somit durch eine entsprechend geformte Wabenkernstruktur ausgewählt werden kann. Die die strukturierte Oberfläche bildende Deckschicht ist dabei nicht eben ausgebildet, sondern hängt zwischen den Stegen durch, beziehungsweise ist durchgebogen.
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In einem solchen Fall kann eine asymmetrische Anordnung des Sandwichs vorteilhaft sein, wobei die zweite Deckschicht, die der strukturierten Oberfläche abgewandt ist, durch eine dickere, beziehungsweise festere Deckschicht bereitgestellt werden kann, die beispielsweise auch durch Fasern verstärkt oder aus einem duroplastischen Harz gebildet sein kann, um dem Bauteil eine ausreichende Festigkeit zu verleihen. Die erste Deckschicht weist dann zumindest in den Sichtbereichen ein Telegraphing auf, das sich haptisch und/oder optisch erfassen lässt.
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Ferner kann in einer weiteren Ausführungsform eine Kaschierung auf der Deckschicht der sichtbaren Kraftfahrzeugbauteilseite vorgesehen sein, vor allem wenn es sich bei dem Kraftfahrzeugbauteil um ein Innenverkleidungsteil handelt, bei dem als Kaschierung beispielsweise ein Leder-, Textil-, Mikrofasermaterial zum Einsatz kommt.
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Des Weiteren kann das Kraftfahrzeugbauteil zumindest auf einer Seite des Sandwichkerns eine zusätzliche Deckschicht aufweisen, wobei als Oberflächen bildende Deckschicht beispielsweise eine kratzfeste Polycarbonat-Folie über eine Sandwichstruktur aus einer zwischen zwei Polypropylen-Folien gesandwichten Papierwabe gebildet wird. Je nachdem, welches optische Erscheinungsbild gewünscht ist, kann eine im Sichtbereich liegende Deckschicht auch aus einem transparenten oder opaken Kunststoff gebildet werden, oder durch einen mit gewünschter Färbung versehener lichtundurchlässiger Kunststoff bereitgestellt sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbauteil kann zur Herstellung eines Verkleidungselements, insbesondere eines Innenverkleidungselements verwendet werden; geeignete Innenverkleidungselemente können dabei einen Fahrzeughimmel, ein Sitzspannteil, ein Türmittelfeld oder ein Türblatt umfassen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit Sandwichstruktur, das eine mit einem großen Radius gekrümmte Form aufweist, das heißt, dass es sich hierbei um ein leicht gekrümmtes Kraftfahrzeugbauteil handelt. Zur Herstellung des leicht gekrümmten Kraftfahrzeugbauteils umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zunächst den Schritt des Bereitstellens des Papier-Wabenkerns sowie ein Anordnen von einer oder mehreren thermoplastischen Kunststofffolien über und/oder unter dem Wabenkern, so dass die Sandwichanordnung bereitgestellt wird.
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Zur Bildung der Deckschicht und der gekrümmten Form für das Kraftfahrzeugbauteil wird die gesandwichte Anordnung aus Wabenkern und Kunststofffolien in einem Presswerkzeug positioniert, dessen Stempel und Matrize entsprechend dem Bauteilradius geformt sind, um das Kraftfahrzeugbauteil mit der vorbestimmten gekrümmten Form auszuformen, was dann in einem nächsten Schritt durch ein zeitgleiches Umformen und Verbinden der Sandwichanordnung aus Kunststofffolie und Wabenkern erfolgt, indem das Presswerkzeug auf die Anordnung einen Druck ausübt, so dass die mit einer Temperatur, die zwischen einer Glasübergangstemperatur und einer Schmelztemperatur des Kunststoffs liegt, beaufschlagte Kunststofffolie sich in den Anschlussbereichen an die den Wabenkern bildenden Stege bindet.
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Die Temperatur wird dabei in Abhängigkeit des entsprechenden Kunststoffs so gewählt, dass der Kunststoff lokal an den Stellen erhöhten Drucks, welches die Anschlussstellen an die Stege sind, zu fließen beginnt, jedoch nicht schmilzt, so dass die Anbindung der thermoplastischen Folie durch Adhäsion der Umfließung an den Stegen bereitgestellt wird, und das Kraftfahrzeugbauteil aus der Sandwichstruktur mit dem Papierwabenkern und den Deckschichten bereitgestellt wird.
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Hiernach kann die Entnahme des Bauteils und dessen Abkühlung erfolgen.
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Ein zweites Verfahren bezieht sich auf die Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils, dessen Krümmung einen kleineren Radius aufweist, der eine Umformung des Papierwabenkerns nicht ohne weiteres zulässt. Um das Bauteil mit der stärkeren Krümmung beziehungsweise den kleineren Radien zu erhalten, wird zunächst der Wabenkern mit Wasser oder einem anderen geeigneten wässrigen Medium beziehungsweise einer geeigneten Flüssigkeit befeuchtet, um eine bessere Verformbarkeit zu erzielen, die nach der Umformung auch dauerhaft bestehen bleibt. Der Wabenkern ist hierbei aus Papier, Pappe oder ähnlichem Cellulose-basiertem Material aufgebaut.
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Die Befeuchtung des Wabenkerns erfolgt hierbei durch Besprühen oder Bedampfen. Als nächstes wird der befeuchtete Wabenkern in einem Presswerkzeug positioniert, dessen Stempel und Matrize die vorbestimmte gekrümmte Form entsprechend dem Bauteilradius bereitstellen. Der befeuchtete Wabenkern wird dann unter Druckausübung in dem Presswerkzeug umgeformt und mit einer Temperatur, die in einem Bereich von 50 bis 300°C liegt, beaufschlagt. Von dieser Temperatur hängt unmittelbar die Trockenzeit ab. Durch die Befeuchtung des Wabenkerns sind mit diesem Verfahren auch komplexere Konturen darstellbar, wobei Beschädigungen in Form von Rissen des Wabenkerns vermieden werden. Die umgeformte Wabenplatte ist in sich selbst durch die im Papier enthaltene natürliche Stärke und durch den zum Kleben des Wabenkerns verwendeten Leim stabil und formt sich nicht zurück.
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Nach Vollendung des Umformschritts wird das Presswerkzeug geöffnet, so dass die Folien über und/oder unter dem umgeformten Wabenkern angeordnet werden können, und somit die Sandwichanordnung, bestehend aus den thermoplastischen Kunststofffolien und dem Wabenkern bereitgestellt wird.
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Zur Bildung des Verbunds zwischen Folien und Wabenkern kann die Positionierung dieser Sandwichanordnung in dem gleichen Presswerkzeug erfolgen, in dem zuvor die Umformung des Wabenkerns durchgeführt wurde, wobei nun das Verbinden der Kunststofffolie mit dem Wabenkern analog der obigen Ausführung erfolgt. Die mit einer Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur und der Schmelztemperatur des Kunststoffs beaufschlagte Kunststofffolie beginnt unter dem Druck des Presswerkzeugs lokal an den Anbindungsstellen zu den Stegen zu fließen und bildet dadurch die Anbindungsflächen mit dem Wabenkern und stellt den Verbund zwischen Kunststofffolie und Wabenkern bereit. Durch geeignete Temperaturführung lässt sich dabei eine glatte Oberfläche oder auch ein Telegraphing einstellen.
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Die dazu notwendige Temperaturbeaufschlagung der thermoplastischen Folien, die die Deckschichten bilden, kann in beiden Verfahren einerseits durch eine in dem Presswerkzeug vorhandene Heizvorrichtung erfolgen, alternativ können die Folien aber auch vor dem Positionieren der Sandwichanordnung in dem Presswerkzeug in einer separaten Heizvorrichtung mit der erforderlichen Temperatur beaufschlagt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Presswerkzeug nicht oder nur gering erwärmt werden muss, was eine Verkürzung der Zykluszeit ermöglicht. Auch ist ein Endformen in einem kalten Werkzeug leichter zu gestalten und die aus der thermoplastischen Folie gebildete Deckschicht wird bei Verwendung eines kalten Werkzeugs härter, während eine Beschädigung des Sandwichbauteils beim Entformen vermieden werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, zunächst die Wabe für komplexe Bauteile in einem Pressvorgang als feuchte Papierwabe vorzuformen oder auch für einfache Bauteile nicht umgeformt bereitzustellen. Anschließend findet eine Bestückung des Einlegeteils mit den verwendeten Materialien statt. Dieses Einlegeteil wird nun in die erwärmte Presse eingelegt und die Verbindung zwischen den Materialien von Deckschichten und Wabenkern hergestellt. Die Presse hat dabei kontinuierlich dieselbe Temperatur. Anschließend wird das Einlegeteil inklusive des warmen und noch instabilen Sandwichs aus der beheizten Presse entnommen und in eine weitere kalte Presse eingelegt. Hier findet die Abkühlung und Verfestigung des Sandwichs innerhalb kurzer Zeit statt. Des Weiteren, kann bei Bedarf in der kalten Presse auch der Anpressdruck erhöht werden, um eine Veränderung der Oberflächengüte und der mechanischen Verbindung zwischen Kern und Deckschicht zu bewirken.
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Des Weiteren ist es möglich, direkt ein Dekor als obere Lage und/oder untere Lage in den Pressvorgang zu integrieren. Das heißt, es findet eine direkte Verbindung zwischen Dekor, Deckschicht bzw. Thermoplast und dem Wabenkern in der beheizten Presse statt. Dies ist zum Beispiel bei der Verwendung eines Polyestervlieses als Dekormaterial sehr effektiv, da ein zusätzlicher Prozessschritt – das eigentliche kaschieren – entfällt.
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In einer weiteren Ausführungsform der beiden erfindungsgemäßen Verfahren kann zur Verbindung der Folie an die Stege eine größere Wärmemenge aufgebracht werden als die zur Anbindung notwendige, vor allem, indem die Folie mit einer Temperatur beaufschlagt wird, die näher an der Schmelztemperatur liegt, so dass es bei wenigstens einer Deckschicht zu einem Telegraphing kommt, wodurch die Deckschicht mit einer strukturierten Oberfläche geschaffen wird. Dabei zeichnen sich die Stege des Wabenkerns an der Oberfläche ab, indem sich die Deckschicht zwischen den Stegen in Folge der erhöhten Temperatur durchbiegt.
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Eine weitere oder zusätzliche alternative Maßnahme während des Verbindens der Folie an die Stege besteht darin, dass das Presswerkzeug weggesteuert eine Stauchung der Stege vornimmt. Dadurch wird durch die größere Anbindungsfläche und die gleichzeitig bewirkte geringe Imprägnierung des Stegs im Anschlussbereich mit dem thermoplastischen Kunststoff eine verbesserte Anbindung erreicht.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch die Verfahrensschritte eines ersten Verfahrens,
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2 schematisch die Verfahrensschritte eines zweiten Verfahrens,
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3 schematisch eine Ansicht des Presswerkzeugs, in dem das Bauteil mit einer Kantenversiegelung ausgestattet werden kann,
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4 schematisch die Verfahrensschritte nach einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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5a eine vergrößerte Abbildung eines gestauchten Anschlussbereichs zwischen Deckschicht und Wabensteg mit Umfließung,
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5b eine vergrößerte Abbildung eines nicht gestauchten Anschlussbereichs mit Umfließung,
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5c eine vergrößerte Abbildung einer Oberfläche des Wabensandwichs mit Telegraphing.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil aus Sandwichstruktur bezieht sich vor allem auf Verkleidungsteile, insbesondere im Interieur eines Kraftfahrzeugs, es kann aber auch als tragendes Element eingesetzt werden.
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Die Verwendung eines Wabenkerns aus Papier, wobei hier der Begriff „Papier” für ein beliebiges aus einem auf Zellulose basierenden Material steht, mit Deckschichten aus thermoplastischer Folie ermöglichen die Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteil mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht auf Grund der geringen Dichte des Papierwabenkerns.
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Die Bezeichnung „Wabe” soll hierbei allerdings nicht als eine Beschränkung der Zellenstruktur des Kerns auf eine hexagonale respektive Bienenwabenstruktur verstanden werden. Als Wabenkern kommen alle durch Stege bereitgestellte Strukturen in Frage, die bei der gewünschten geringen Dichte eine hohe Steifigkeit aufweisen, so zum Beispiel auch im Querschnitt wellenförmige, kreisförmige, rauten- oder rechteckförmige Faltstrukturen oder auch unregelmäßig gestaltete „organisch” anmutende Strukturen.
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Eine Dicke der Wabenkernschicht kann dabei bis zu 15 mm betragen, wenngleich eine Gesamtdicke der Sandwichplatte von unter 15 mm angestrebt wird. Eine Dicke der Deckschichten liegt im Bereich von ca. 0,1 bis 4 mm.
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Je nachdem, welcher optische Eindruck erweckt werden soll, können als Deckschicht bildende Folien transparente, opake oder lichtundurchlässige Kunststoffe gewählt werden.
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Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind insbesondere Polypropylen, Polycarbonat, Polyamid und Acrylnitril-Butadien-Styrol, PMMA oder PE.
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Die Werkstoffkombination aus thermoplastischer Kunststofffolie und Papierwabe ist kostengünstig und ermöglicht eine Gewichtsreduktion, während sich das daraus gebildete Sandwichbauteil in einem preisgünstigen Herstellungsprozess mit kurzen Prozesszyklen und konstruktiv einfachen Presswerkzeugen und Maschinen realisieren lässt.
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In 1 ist ein Herstellungsverfahren für ein Kraftfahrzeugbauteil mit geringen Krümmungen beziehungsweise großen Radien schematisch dargestellt. Der für das Bauteil vorgesehene Wabenkern 1, der durch eine Vielzahl von Papierstegen 1' gebildet wird, wird zusammen mit den beiden Deckschichtfolien 2, 3 in dem Presswerkzeug aus Stempel 4 und Matrize 4' eingelegt, das die für das Bauteil vorgesehene Krümmung mit dem Radius R bereitstellt. Indem das Presswerkzeug mit den Druckkräften F, symbolisiert durch die Blockpfeile, den zur Umformung nötigen Druck auf den zwischen den Folien 2, 3 gesandwichten Wabenkern 1 ausübt, wird einerseits das Bauteil geformt und andererseits die Anbindung der Folien 2, 3 an die Stege 1' des Wabenkerns 1 geschaffen, wobei hier in 1 die thermische Beaufschlagung der Folien 2, 3 im Presswerkzeug selbst erfolgt.
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Dazu umfasst das Presswerkzeug eine geeignete Heizvorrichtung, so dass die Folien 2, 3 mit der Temperatur beaufschlagt werden können, die zwischen der Glasübergangstemperatur und der Schmelztemperatur des jeweiligen, zur Ausbildung der Deckschicht ausgewählten Kunststoffs, liegt. Die Verwendung eines zusätzlichen Bindemittels ist nicht notwendig. Das Presswerkzeug kann weg- oder kraftgesteuert werden, wobei die weggesteuerte Variante bevorzugt wird, mit der eine geringe Stauchung des Wabenkerns, respektive der Stege im Anschlussbereich an die Deckschicht, und damit eine verbesserte Anbindung erreicht werden kann.
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Eine solche Stauchung S eines Steges 1' ist in der Detailaufnahme in 5a zu sehen, in der die Fließumrandung U deutlich umfänglicher ausfällt als in 5b, in der eine „normale” Anbindung ohne Stauchung der Deckschicht 2 an den Steg 1' dargestellt ist. Zusätzlich zur größeren Anbindungsfläche im Falle der Stauchung wird hierbei noch eine leichte Imprägnierung der Stege 1' des Wabenkerns im Bereich der Anschlussstelle A bewirkt, indem thermoplastisches Kunststoffmaterial in das Papiermaterial eindringt.
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In 2 ist die Prozesskette zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit kleineren Radien r beziehungsweise größerer Krümmung verdeutlicht, die zwei zusätzliche Prozessschritte erforderlich macht.
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Zunächst wird der Wabenkern 1 mit Wasser 5 durch Bedampfen oder Besprühen befeuchtet, so dass er sich ohne Beschädigung auch zu komplexeren Konturen, wie etwa dem kleineren Radius r, umformen lässt. Die Stabilität des Papierkerns 1 wird dabei nach dem Trocknen nicht beeinflusst. Der befeuchtete Wabenkern 1 wird in ein Presswerkzeug mit Stempel 4 und Matrize 4' eingelegt und dort mittels der Druckkraft F, und zwar bei einer Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, umgeformt. Dies bewirkt gleichzeitig die Trocknung des Wabenkerns. Dazu können in dem Presswerk Öffnungen vorgesehen sein, die Wasser beziehungsweise Wasserdampf austreten lassen. Der nun umgeformte Wabenkern 1 wird nun zwischen den thermoplastischen Folien 2, 3 angeordnet, dies kann innerhalb oder außerhalb des Presswerkzeugs geschehen. Ein Verbinden der thermoplastischen Folien 2, 3 mit den Stegen des Wabenkerns 1 erfolgt in einem zweiten Pressvorgang, der vorteilhaft in dem gleichen Presswerkzeug 4, 4' ausgeführt werden kann, indem wie zuvor ausgeführt, bei der Temperatur, die zwischen der Glasübergangs- und der Schmelztemperatur der Folien 2, 3 liegt, der Verbund der Folien 2, 3 durch das lokale Umfließen der Stege 1' mit dem Wabenkern 1 bereitgestellt wird. Auch hier kann eine geringe Stauchung des Wabenkerns respektive der Stege zur Verbesserung der Anbindung durchgeführt werden.
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In 3 ist dargestellt, wie sich durch eine einfache konstruktive Modifikation des Presswerkzeugs, das Stempel 4 und Matrize 4' umfasst, ein Verschluss der Kanten 10 des Wabenkerns 1 durch ein Umkanten der Deckschicht bildenden Folie 2 bereitstellen lässt. Dabei weist das Presswerkzeug zusätzlich an der Matrize 4' eine Vorrichtung 6' auf, die die oben angeordnete Folie 2, die dazu eine größere Fläche als der Wabenkern 1 aufweist, um die Kante 10 anlegt und dort einen Verbund der umgekanteten Folie 2 entweder mit der unteren Folie 3 und/oder dem Wabenkernrand 10 bewirkt, so dass der Papierwabenkern des Kraftfahrzeugbauteils vor Wasser, Schmutz und anderen Fremdpartikeln geschützt ist. Der Umkantvorrichtung 6' steht ein entsprechender Anschlag 6 auf der Seite des Stempels 4 gegenüber, so dass in diesem Presswerkzeug der Pressweg durch den Anschlag 6 begrenzt ist.
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In 4 ist eine Variation der Prozessabfolge dargestellt, in der die Folien 2, 3 nicht in dem Presswerkzeug 4, 4' mit der erforderlichen Temperatur beaufschlagt werden, sondern vor der Anordnung zum Sandwich mit dem Wabenkern 1 in einer externen Heizvorrichtung, beispielsweise mit Hilfe eines Ofens oder eines Strahlers, erhitzt werden. Hierdurch muss das Presswerkzeug 4, 4' selbst nicht erhitzt werden oder gegebenenfalls nur gering erwärmt werden – dies kann erforderlich sein, damit es zu keiner abrupten Abkühlung der thermoplastischen Deckschicht 2, 3 kommt – wobei diese Verfahrensvariante eine Verkürzung der Herstellungszykluszeit ermöglicht. Diese Variante kann sowohl für kleine als auch große Radien verwendet werden.
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Mit Hilfe dieser Verfahren können auch mehrschichtige Folien, die aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen bestehen, als Deckschichten zur Bildung des Sandwichbauteils verwendet werden, wobei insbesondere die Deckschicht, die später eine Sichtoberfläche bildet, mit zusätzlichen Schichten versehen werden kann.
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In einem solchen Fall weist das Sandwichbauteil dann einen asymmetrischen Aufbau auf, indem beispielsweise auf ein Sandwich, gebildet aus der Papierwabe zwischen zwei Polypropylenschichten, auf die Sichtoberfläche zusätzlich eine Polycarbonatfolienschicht aufgebracht wird, die dann eine kratzbeständige Oberfläche bereitstellt, die gegebenenfalls auch transparent ausgeführt sein kann. Dazu kann dann auch vorteilhaft eine mehrschichtige Folie zur Ausbildung der Deckschicht verwendet werden, die die verschiedenen thermoplastischen Kunststoffschichten aus PP und PC umfassen kann.
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Eine weitere Variante zur Schaffung einer Sichtoberfläche, beispielsweise eines Verkleidungsbauteils für das Interieur des Kraftfahrzeugs, liegt in der Bildung einer Oberflächenstruktur, die durch Telegraphing gebildet ist. Dies ist in 5c dargestellt, in der die Struktur des Wabenkerns durch die Deckschicht abgebildet wird, wobei die Stege 1' in den Anschlussbereichen A im Telegraphing T haptisch erfassbar und optisch sichtbar die Deckschicht anheben beziehungsweise die Deckschicht sich zwischen zwei Stegen 1' durchbiegt. Je nach Struktur des gewählten Wabenkerns kann beispielsweise auch ein organisches Design abgebildet werden.
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Bei tragenden Bauteilen ist Telegraphing allerdings unerwünscht. Der Telegraphing-Effekt wird erreicht, indem während des Schritts des Verbindens der Wabenkernstege mit der Deckschichtfolie eine höhere Temperatur gewählt wird, die näher an der Schmelztemperatur des jeweiligen Kunststoffs liegt. Für den Fall, dass eine Deckschicht eine strukturierte Sichtoberfläche mittels Telegraphing bereitstellt, kann die andere Deckschicht des Sandwichbauteils mit einer dickeren und/oder festeren Deckschicht ausgestattet werden, um den Bauteil eine ausreichende Festigkeit zu verleihen. Dabei können auch faserverstärkte Deckschichten oder eine Deckschicht, die aus einem Harz beziehungsweise einem Duroplasten gebildet wird, verwendet werden.
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In Abhängigkeit eines gewünschten optischen Eindrucks kann eine Sichtoberfläche bildende Deckschicht durch Wahl einer entsprechenden Kunststofffolie auch transparent beziehungsweise opak ausgeführt werden, so dass ansprechende Lichteffekte erzeugt werden können.
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Ferner kann ein solches Kraftfahrzeugbauteil mit der Sandwichstruktur, das als Fahrzeughimmel, Sitzspannteil, Türmittelfeld oder Türblatt verwendet werden kann, zusätzlich kaschiert werden, egal, ob die Deckschicht eine ebene Deckschicht oder eine durch Telegraphing strukturierte Deckschicht ist, wobei Materialien entsprechend einer gewünschten Innenausstattung gewählt werden können, wie beispielsweise Leder, natürliche Textilfasern, Kunststofffasern wie Mikrofasern, beispielsweise Alcantara®.
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Die vorliegende Erfindung stellt somit ein kostengünstiges Kraftfahrzeugbauteil, das der Leichtbauweise Rechnung trägt, bereit, sowie ein preisgünstiges Herstellungsverfahren mit kurzen Prozesszyklen unter Verwendung eines einfachen Werkzeugs. Das bereitgestellte Sandwichtbauteil kann vielseitig, vor allem als Verkleidungsteil mit optischem Schwerpunkt, eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0106482 A1 [0005]
- US 2002/0086912 A1 [0006]
