DE102011121321A1

DE102011121321A1 - Sandwichbauteil und Verfahren zum Herstellen des Sandwichbauteils

Info

Publication number: DE102011121321A1
Application number: DE102011121321A
Authority: DE
Inventors: Tobias Blumenstock; Benno Stamp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein flächiges Sandwichbauteil (1) und dessen Herstellungsverfahren bereit. Das flächige Sandwichbauteil (1) hat eine Kernlage (2) zwischen zwei Deckschichten (3) aus einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff. Dabei weist das Sandwichbauteil (1) Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) auf. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Anordnen der Kernlage (2) zwischen zwei Faser verstärkten Halbzeugen (3') mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix zu einer Sandwichanordnung (1'), – Erwärmen der Sandwichanordnung (1') durch eine Heizeinrichtung (10) auf eine Temperatur, die zumindest der Schmelztemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix entspricht, dabei Erzeugen eines zumindest teilweise konsolidierten Verbunds zwischen der Kernlage (2) und den die Deckschichten (3) bildenden Halbzeugen (3'), – Anordnen der Sandwichanordnung (1') in einer Kavität eines geöffneten Spritzgusswerkzeugs (12), – Schließen des Spritzgusswerkzeugs (12), dabei Formen der Sandwichanordnung (1') entsprechend einer für das Sandwichbauteil (1) vorgesehenen Form, und Anspritzen der Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) mit einem thermoplastischen Kunststoff an die Sandwichanordnung (1'), dabei Erhalten des Sandwichbauteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein flächiges Sandwichbauteil und dessen Herstellungsverfahren. Das Sandwichbauteil weist eine Kernlage zwischen zwei Deckschichten aus einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff auf.
Im Kraftfahrzeugbau kommen zur Senkung sowohl des Kraftstoffverbrauchs und damit der Kraftstoffkosten als auch der Kohlendioxidemissionen Leichtbauteile in Sandwichbauweise zur Substitution von Metallbauteilen zum Einsatz. Sandwichbauteile weisen gegenüber herkömmlichen Bauteilen aufgrund der geringen Dichte des Materials, das den Kern bildet, ein deutlich verringertes Gewicht auf und können durch eine geeignete Deckschichtmaterialauswahl ausreichende Festigkeitswerte bieten.
Aus dem Bereich der Luft- und Raumfahrt sind hochbelastbare Sandwichbauteile bekannt, die als Dichte reduzierten Kern eine Wabenstruktur aus hochwertigem, aber auch teurem phenolharzgetränktem Aramidpapier aufweisen. Die Deckschichten werden dabei aus Verstärkungsfasern in duroplastischer Matrix gebildet. Die Herstellung eines solchen Sandwichbauteils erfolgt vor allem nach dem Autoklav-Verfahren oder durch Handlaminieren. Diese Herstellungsverfahren lassen nur kleine Stückzahlen zu, sind sehr kostenintensiv und daher für die Fertigung von Kraftfahrzeugbauteilen in Großserie ungeeignet. Auch tragen die verwendeten hochwertigen Materialien zu hohen Kosten bei.
Ein Sandwichbauteil aus kostengünstigen Materialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und/oder verbesserter Oberflächengüte, das in einfacher Weise hergestellt werden kann, ist in der DE 10 2010 005 456 A1 beschrieben. Das Sandwichbauteil hat einen Wabenkern aus einem auf Zellulose basierten Material mit einer Vielzahl von Stegen und zumindest eine Deckschicht, die aus einem Faser verstärkten Halbzeug mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix gebildet wird. Die Stege des Wabenkerns sind an Anschlussstellen zu der Deckschicht wenigstens teilweise in die thermoplastische Kunststoffmatrix der Deckschicht aufgenommen, so dass ein Verbund des Sandwichbauteils bereitgestellt wird. Das Herstellungsverfahren umfasst das Bilden einer Anordnung aus Wabenkern und Deckschicht, die in einem Presswerkzeug positioniert werden, wobei unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung die thermoplastische Kunststoffmatrix der Deckschicht zumindest teilweise aufschmilzt und so die Stege des Wabenkerns aufnimmt, so dass die Deckschicht mit dem Wabenkern verbunden wird.
Die DE 10 2009 017 758 A1 beschreibt die Herstellung eines Dachhimmelelements für ein Kraftfahrzeug aus einer Sandwichstruktur mit einem Wabenkern und mindestens einer Deckschicht auf jeder Seite des Wabenkerns. Zur Funktionserweiterung des Dachhimmelelements ist in das Dachhimmelelement eine Kanalanordnung mit wenigstens einem Kanal integriert. Nach der Herstellung des Dachhimmelelements kann eine einfassende Rahmenkonstruktion angeklebt oder angespritzt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die quasi kontinuierliche Herstellung von steifen, kostengünstigen Leichtbauteilen mit hoher Funktionsintegration in einem optimierten Prozess zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Die Aufgabe, ein hinsichtlich seiner integrierten Funktionselemente verbessertes Sandwichbauteil bereit zu stellen, wird durch das Bauteil wird mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein quasikontinuierliches Herstellungsverfahren für ein flächiges Sandwichbauteil mit integrierten Form- und/oder Funktionsstrukturen. Das Sandwichbauteil weist eine Kernlage zwischen zwei Deckschichten aus einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff auf. Dazu wird die Kernlage zwischen zwei faserverstärkten Halbzeugen mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix zu einer Sandwichanordnung angeordnet, die dann durch eine Heizeinrichtung auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens der Schmelztemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix entspricht. Hierbei wird ein zumindest teilweise konsolidierter bzw. vorkonsolidierter Verbund zwischen der Kernlage und den die Deckschichten bildenden Halbzeugen erreicht. Es folgt das Anordnen der Sandwichanordnung in der Kavität eines geöffneten Spritzgusswerkzeugs, das sodann geschlossen wird, wobei die Sandwichanordnung entsprechend einer für das Sandwichbauteil vorgesehenen Form geformt wird, während die Form- und/oder Funktionsstrukturen mit einem thermoplastischen Kunststoff an die Sandwichanordnung angespritzt werden. Damit ist das Sandwichbauteil realisiert.
Durch Kombination von Sandwichstrukturen und Spritzguss können leichte, steife Bauteile hergestellt werden, die gleichzeitig die Vorteile des Spritzgusses wie lokale Rippen und Funktionsintegration und der Sandwichbauweise wie die hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht vereinen. Des Weiteren können größere Designfreiheiten, vergleichbar mit denen, die beim klassischen Pressen von Hybridmaterialien vorliegen, geschaffen werden.
Die Umsetzung des quasikontinuierlichen Verfahrens kann das Einziehen der als Meterware ausgebildeten Kernlage und der als Meterware ausgebildeten thermoplastischen Fasermatrixhalbzeugen zur Bildung der als Meterware ausgebildeten Sandwichanordnung durch eine Fördereinrichtung umfassen. Hierzu kann beispielsweise ein Doppelbandförderer oder ein Doppelrollenabzug verwendet werden. Mit der Fördereinrichtung wird die Sandwichanordnung zu der Heizeinrichtung bzw. durch die Heizeinrichtung gefördert, bei der es sich um einen stationären Aufheizofen oder einen Durchlaufofen handeln kann. Besonders platzsparend kann die Heizeinrichtung in die Fördereinrichtung integriert sein, so dass bei der Passage der Heizeinrichtung, durch die der Matrixkunststoff zumindest angeschmolzen wird, gleichzeitig durch die Fördereinrichtung ein gewisser Druck ausgeübt wird, der die Vorkonsolidierung des Verbunds der Sandwichanordnung unterstützt. Mit der Fördereinrichtung kann die Sandwichanordnung weiter dann automatisch in das Spritzgusswerkzeug gefördert werden.
Besonders vorteilhaft kann das Sandwichbauteil bereits in dem Spritzgusswerkzeug von der als Meterware ausgebildeten Sandwichanordnung abgetrennt werden. Dazu kann das Spritzgusswerkzeug selbst mit einer Abtrenneinrichtung ausgestattet sein und integrierte Abtrennelemente umfassen.
Beim Schließen des Spritzgusswerkzeugs und Formen der Sandwichanordnung kann ferner zumindest ein Abschnitt der Kernlage verpresst werden, insbesondere ein Abschnitt, der etwa für stärker geformte Bauteilbereiche vorgesehen sein kann. Das Verpressen der Kernlage kann in Abhängigkeit der Druckfestigkeit des Kernlagenmaterials für das Anspritzen der Form- und/oder Funktionsstrukturen erforderlich sein. Das Anspritzen der Form- und/oder Funktionsstrukturen erfolgt daher bevorzugt an dem verpressten Abschnitt.
Bei den Form- und Funktionsstrukturen kann es sich um Versteifungen wie Rippen sowie um Fügeelemente wie Clipse oder Retainer handeln. Um eine stoffschlüssige Anbindung der Form- und Funktionsstrukturen zu erhalten, wird für den dafür verwendeten Spritzkunststoff vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff eingesetzt, der mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix der Halbzeuge zumindest kompatibel, d. h. mischbar ist und/oder einander entsprechende oder ähnliche Schmelztemperaturen aufweist. Bevorzugt kann der angespritzte Kunststoff derselbe sein, der auch in der Matrix vorliegt. Gegebenenfalls können dem thermoplastischen Spritzkunststoff auch Verstärkungsfasern zugesetzt sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Einfügen einer Zwischenlage zwischen der Kernlage und dem thermoplastischen Fasermatrixhalbzeug beim Anordnen der Kernlage und der zwei thermoplastischen Fasermatrixhalbzeugen zu der Sandwichanordnung. Als Zwischenlage kommen Folien aus einem thermoplastischen Kunststoff, der mit dem Matrixkunststoff der Fasermatrixhalbzeuge kompatibel ist oder diesem entspricht, oder aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kleberkunststoff in Frage.
Die Kernlage kann ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoffschaum wie expandiertes Polypropylen EPP oder Polyurethan PUR sein, bevorzugt wird aber eine Wabenstruktur eingesetzt, die aus einem Kunststoff wie Polypropylen PP oder Aramid, oder kostengünstig aus einem Zellulose basierten Material wie Papier, Karton, oder Pappe, besteht. Die Wabenstruktur ist dabei eine aus Stegen aufgebaute hexagonale, wellenförmige, kreisförmige, rauten- oder rechteckförmige oder unregelmäßig gestaltete Stegstruktur mit geringer Dichte und hoher Druck- und Schubfestigkeit. So ermöglicht die Kernlage des Sandwichs einen idealen thermischen Isolator, wodurch auf zusätzliche Isolationsmaßnahmen teilweise verzichtet werden kann.
Das Faser verstärkte Halbzeug mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix kann durch eine vorkonsolidierte Thermoplastplatte mit einer eingebetteten Verstärkungsfaser bereitgestellt werden, die ein in der thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebettetes Gewebe, Gelege, Gestrick, Geflecht oder Vlies aus Verstärkungsfasern aufweist. Alternativ kann das Faser verstärkte Halbzeug mit thermoplastischer Kunststoffmatrix durch ein Hybridfasergewebe, -gelege, -gestrick, -geflecht oder -vlies bereitgestellt werden, das Verstärkungsfasern und nichtkonsolidierte Thermoplastfasern umfasst.
Die Verstärkungsfasern des Halbzeugs umfassen Glasfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, bevorzugt Aramidfasern, und/oder Naturfasern. Auch andere Verstärkungsfasermaterialien, umfassend Metall und Keramik, sind denkbar. Die thermoplastische Kunststoffmatrix (und entsprechend auch der Spritzkunststoff für die Funktionselemente und die Folie für die Zwischenlage) ist aus Polypropylen, Polycarbonat, Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyethylen, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohlol, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polystyrol, thermoplastischem Polyurethan, Polyacetal, Polyphenylensulfid, Cycloolefincopolymeren, thermotropen Polyestern und Mischungen davon ausgewählt.
Ein so hergestelltes Sandwichbauteil mit einer Kernlage zwischen zwei Deckschichten aus einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff, das zur Verwendung im Kraftfahrzeugbau geeignet ist, weist an den Deckschichten angespritzte Form- und/oder Funktionsstrukturen aus einem thermoplastischen Kunststoff auf.
Die vorstehenden und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung bzw. des Verfahrensablaufs.
Dabei zeigen:
1 eine Schnittansicht durch ein Sandwichbauteil mit angespritzter Rippe als Funktionselement,
2 eine perspektivische Teilschnittansicht eines Sandwichbauteils mit in einem verpressten Abschnitt angespritzten Rippen,
3 verschiedene Schritte a) bis e) bei der Herstellung eines Sandwichbauteils.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können steife, kostengünstige Leichtbauteile hergestellt werden. Großflächige, gering geformte Bauteile wie z. B. Verkleidungen benötigen eine hohe Steifigkeit, was beispielsweise im Spritzguss zu entsprechend hohen Flächengewichten oder vielen Anbindungspunkten führt.
Mit Bauteilen in Sandwichbauweise kann die Steifigkeit von flächigen Bauteilen erhöht werden, hierbei sind jedoch bislang die Gestaltungsfreiheit und die Funktionsintegration erheblich reduziert. Die gewichtsbezogene Steifigkeit von Sandwichbauteilen ist allerdings höher als bei Spritzgussbauteilen. Allerdings werden Sandwichbauteile nach Bildung des Sandwichaufbaus Stück für Stück in einem Presswerkzeug hergestellt, in dem der Verbund zwischen den thermoplastischen faserverstärkten Deckschichten und den Wabenkernen durch Einwirken von Druck und Temperatur hergestellt wird.
Erfindungsgemäß können nun Sandwichbauteile in einem quasi-kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden. Dabei können flächige gering geformte Bereiche (z. B. bei Verkleidungsbauteilen) als Sandwich (z. B. mit Papierwabe) dargestellt werden, was zu sehr leichten und steifen Bereichen bei gleichzeitiger thermischer Isolation führt.
Mit einem auf Zellulose basierten Material, das äußerst kostengünstig ist, als Kernmaterial für den Sandwichaufbau kann eine große Gewichtsreduktion erreicht werden, wobei die Wabenstruktur dem Kern eine geringe Dichte bei gleichzeitig hoher spezifischer Steifigkeit verleiht.
Mit den Deckschichten aus Faserverbundkunststoff ist durch die Nutzung einer thermoplastischen Kunststoffmatrix ebenfalls eine Senkung der Bauteilmaterialkosten möglich, wobei dem Sandwichbauteil eine ausreichende Festigkeit verliehen wird. Die Verwendung einer Thermoplastmatrix ermöglicht das Weglassen eines zusätzlichen Binde- oder Klebmittels, da der Thermoplast selbst bei Erwärmung geeignet ist, den Verbund mit dem Wabenkern herzustellen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren hat man bei stärker geformten Bereichen die Gestaltungsfreiheit eines Pressprozesses, indem man dort den Sandwichkern verpresst.
Besonders in diesen verpressten Bereichen können durch Spritzguss lokale Versteifungen (Rippen) und/oder Fügeelementen wie Clipse, Retainer oder sonstige Funktionen angespritzt werden.
Das Anspritzen von Fügeelementen oder Rippen ist auf der Oberfläche der unverpressten Sandwichstruktur nur bei Kernmaterialien mit entsprechender Druckfestigkeit geeignet. So kann bei hoher Druckfestigkeit des Kernmaterials, das z. B. ein kompakter EPP-Schaum sein kann, ein direktes Anspritzen der Form- und oder Funktionselemente erfolgen. Bei Verwendung eines Kernmaterials mit geringer Druckfestigkeit wie z. B. Papierwaben ist es ratsam, das Anspritzen der Form- und oder Funktionsstrukturen nur an verpressten Abschnitten vorzunehmen.
1 und 2 zeigen Beispiele für ein Sandwichbauteil mit angespritzten Versteifungsrippen. In 1 ist ein Sandwichbauteil 1 mit einer zwischen zwei Deckschichten 3 angeordneten Kernlage 2 dargestellt, die an einer Seite A zur Bildung eines abkragenden Randes umgebogen und verpresst ist, während sich an der anderen Seite der Kernlage 2 (links in der Darstellung) eine an die Deckschichten 3 angespritzte Rippe 4 erstreckt.
2 zeigt ein Sandwichbauteil 1 mit einem verpressten Abschnitt A, der sich wellenförmig von einem unverpressten Abschnitt abgrenzt. An dem verpressten Abschnitt A sind auf einer Deckschicht 3 Versteifungsrippen 4 angespritzt.
In 3 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das thermoplastische Fasermatrixhalbzeug 3' wird als Meterware von zwei Rollen bereitgestellt und mittels eines Doppelbandförderers 11 abgezogen. Dabei wird gleichzeitig zwischen den zwei Fasermatrixhalbzeugen 3' das Kernmaterial 2, ebenfalls durch den Doppelbandförderer 11 eingezogen, so dass die Sandwichanordnung 1 durch den Doppelbandförderer 11 in das Spritzgusswerkzeug 12 befördert wird. In den Doppelbandförderer ist die Heizeinrichtung 10 als Durchlaufofen integriert, so dass die Sandwichanordnung 1' bei der Passage des Doppelbandförderers 11 gleichzeitig die Heizeinrichtung passiert, so dass dort unter Einwirkung von Temperatur und Druck die thermoplastische Kunststoffmatrix der Halbzeuge 3' zumindest angeschmolzen wird und den Verbund mit dem Kernlagenmaterial 2 herstellen kann. Somit kann die Sandwichanordnung 1' den Doppelbandförderer 11 zumindest vorkonsolidiert verlassen (Phase a).
Die den Doppelbandförderer 11 verfassende endlose Sandwichanordnung 1' wird weitergefördert (Pfeil f in Phase b), bis sie sich durch die Kavität des sich an die Förder-Heizeinrichtung 10, 11 anschließenden Spritzgusswerkzeugs 12 erstreckt. Während des folgenden Schließzyklus' des Spritzgusswerkzeugs 12 in Phasen c) bis d) unterbricht der Doppelbandförderer 11 seine Fördertätigkeit, während die Heizeinrichtung 10 weiterhin die Temperatur halten kann. Beim Schließen (Pfeil s in Phase c) des Spritzgusswerkzeugs 12 wird der in der Kavität des Spritzgusswerkzeugs 12 befindliche Abschnitt der Sandwichanordnung 1' in Bauteilform gebracht, dabei gegebenenfalls in bestimmten Abschnitten die Kernlage 2 verpresst, und durch den Schließdruck und die Werkzeugtemperatur konsolidiert. Vor der Konsolidierung wird durch eine Injektionseinrichtung (angedeutet durch Pfeil i in Phase d) thermoplastisches Kunststoffmaterial in die Kavität gespritzt, um die vorgesehenen Form- und/oder Funktionsstrukturen an die Deckschicht anzuspritzen. Die Kavität weist eine entsprechende Form auf. Geeigneter Weise wird als thermoplastischer Spritzkunststoff der gleiche wie für den Matrixkunststoff verwendet werden, oder zumindest ein Kunststoff, der mit dem Matrixkunststoff kompatibel ist, so dass im schmelzflüssigen Zustand des Spritzkunststoffs eine Mischbarkeit mit dem ebenfalls angeschmolzenen Matrixkunststoff gegeben ist für einen stoffschlüssigen Verbund der Anspritzstrukturen mit dem Sandwichkörper.
In Phase e) in 3 öffnet das Spritzgusswerkzeug 12 (Pfeil ö), so dass das fertige Sandwichbauteil 1 entformt werden kann. Zum Abtrennen des Sandwichbauteils 1 von der Sandwichanordnung 1 können an dem Spritzgusswerkzeug 12 entsprechende Trennelemente 13 (vgl. Phase a) vorgesehen sein, die während des Schließzyklus' für das Abtrennen sorgen. Alternativ kann das Abtrennen auch erst in einem nachgeschalteten Schritt erfolgen.
So kann die Sandwichanordnung 1', wie in 3 zu sehen, mit einem Durchlaufofen erwärmt werden, alternativ kann das Erwärmen auch direkt stationär mittels eines Aufheizofen erfolgen. Das Einlegen in die Spritzgusskavität kann, wie in 3 dargestellt, automatisiert erfolgen oder gegebenenfalls einen Handarbeitsschritt umfassen.
Als Materialien für die Kernlage 2 sind zum einen Wabenkerne (wie PP-Waben, Papierwaben, Aramidwaben, usw.) und zum anderen auch thermoplastische Schäume (z. B.: EPP-Schaum) oder duroplastische Schäume (z. B.: PUR-Schaum) vorstellbar.
Für die zur Bildung der Deckschichten verwendeten thermoplastischen Fasermatrixhalbzeuge kommen Gewebe, Gelege, Vliesstoffe, Gestricke, Matten und Geflechte etc. in Frage, die als Hybridtextil ausgeführt sind, d. h. mit Verstärkungsfasern und thermoplastischen Matrixfasern und/oder als in thermoplastischer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasertextilien, z. B. Organobleche, vorliegen.
Zur Verbesserung der Anbindung zwischen Deckschichten und Kernlage können Zwischenlagen eingesetzt werden, die bei der Bildung der Sandwichanordnung zwischen der Kernlage und den Fasermatrixhalbzeugen eingefügt werden. Hierfür kommen z. B. thermoplastische Folien in Frage, die aus einem mit dem Matrixkunststoff kompatiblen oder bevorzugt aus demselben Thermoplasten bestehen kann wie die Matrix der Deckschichten, oder auch thermo- oder duroplastische Klebefolien.
Durch die Zwischenlage wird nicht nur die Anbindung zwischen Deckschicht und Kernlage verbessert sondern auch verhindert, dass Fasern aus den Deckschichten in die Hohlräume der Kernlage eindringen und damit der festigkeitsbildende Faseranteil in der Deckschicht verringert wird. Ferner bildet die Zwischenlage eine Feuchtigkeitsbarriere, um eine Kernlage aus Zellulose basiertem Material vor eindringender Feuchtigkeit zu schützen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010005456 A1 [0004]
DE 102009017758 A1 [0005]

Claims

Herstellungsverfahren für ein flächiges Sandwichbauteil (1) mit einer Kernlage (2) zwischen zwei Deckschichten (3) aus einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff, wobei das Sandwichbauteil (1) Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) aufweist, umfassend die Schritte: – Anordnen der Kernlage (2) zwischen zwei Faser verstärkten Halbzeugen (3') mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix zu einer Sandwichanordnung (1'), – Erwärmen der Sandwichanordnung (1') durch eine Heizeinrichtung (10) auf eine Temperatur, die zumindest der Schmelztemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix entspricht, dabei Erzeugen eines zumindest teilweise konsolidierten Verbunds zwischen der Kernlage (2) und den die Deckschichten (3) bildenden Halbzeugen (3'), – Anordnen der Sandwichanordnung (1') in einer Kavität eines geöffneten Spritzgusswerkzeugs (12), – Schließen des Spritzgusswerkzeugs (12), dabei Formen der Sandwichanordnung (1') entsprechend einer für das Sandwichbauteil (1) vorgesehenen Form, und Anspritzen der Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) mit einem thermoplastischen Kunststoff an die Sandwichanordnung (1') und Erhalten des Sandwichbauteils (1).
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: – Einziehen der als Meterware ausgebildeten Kernlage (2) und der als Meterware ausgebildeten thermoplastischen Fasermatrixhalbzeugen (3') zur Bildung der als Meterware ausgebildeten Sandwichanordnung (1') durch eine Fördereinrichtung (11), die bevorzugt ein Doppelbandförderer (11) oder ein Doppelrollenabzug ist, und – Fördern der Sandwichanordnung (1') zu der Heizeinrichtung (10) und/oder in das Spritzgusswerkzeug (12) mittels der Fördereinrichtung (11), wobei die Heizeinrichtung (10) ein stationärer Aufheizofen oder ein Durchlaufofen (10) ist, durch den die Sandwichanordnung (1') gefördert wird, und wobei bevorzugt der Durchlaufofen (10) in den Doppelbandförderer (11) integriert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den Schritt: – Abtrennen des Sandwichbauteils (1) von der als Meterware ausgebildeten Sandwichanordnung (1') mit einer Abtrenneinrichtung, die bevorzugt durch in das Spritzgusswerkzeug (12) integrierte Abtrennelemente (13) bereitgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend den Schritt: – beim Schließen des Spritzgusswerkzeugs (12) und Formen der Sandwichanordnung (1') Verpressen zumindest eines Abschnitts (A) (insb. für stärker geformte Bereiche) der Kernlage (1), wobei das Anspritzen der Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) bevorzugt an dem verpressten Abschnitt (A) erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) Versteifungen, bevorzugt Rippen (4), und/oder Fügeelemente, umfassend Clipse, Retainer, umfassen, und wobei der thermoplastische Kunststoff der Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix der Halbzeuge (3') zumindest kompatibel ist, bevorzugt der gleiche ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend den Schritt: – Einfügen einer Zwischenlage zwischen der Kernlage (2) und dem thermoplastischen Fasermatrixhalbzeug (3') beim Anordnen der Kernlage (2) und der zwei thermoplastischen Fasermatrixhalbzeugen (3') zu der Sandwichanordnung (1'), wobei die Zwischenlage eine Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff, der mit dem Matrixkunststoff der Fasermatrixhalbzeuge (3') kompatibel ist oder diesem entspricht, oder aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kleberkunststoff ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kernlage (1) ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoffschaum (expandiertes Polypropylen EPP oder Polyurethan PUR) oder bevorzugt eine Wabenstruktur ist, die aus einem Kunststoff, umfassend Polypropylen PP oder Aramid, oder aus einem Zellulose basierten Material, umfassend Papier, Karton, Pappe, besteht, wobei die Wabenstruktur eine aus Stegen aufgebaute hexagonale, wellenförmige, kreisförmige, rauten- oder rechteckförmige oder unregelmäßig gestaltete Stegstruktur ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Faser verstärkte Halbzeug (3') mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix – durch eine vorkonsolidierte Thermoplastplatte mit einer eingebetteten Verstärkungsfaser bereitgestellt wird, die ein in der thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebettetes Gewebe, Gelege, Gestrick, Geflecht oder Vlies aus Verstärkungsfasern aufweist, oder – durch ein Hybridfasergewebe, -gelege, -gestrick, -geflecht oder -vlies bereitgestellt wird, das Verstärkungsfasern und nichtkonsolidierte Thermoplastfasern umfasst.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verstärkungsfasern des Halbzeugs (3') Glasfasern, Carbonfasern, Polymerfasern, bevorzugt Aramidfasern, und/oder Naturfasern umfassen und die thermoplastische Kunststoffmatrix ausgewählt ist aus Polypropylen, Polycarbonat, Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyethylen, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohlol, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polystyrol, thermoplastische Polyurethane, Polyacetal, Polyphenylensulfid, Cycloolefincopolymere, thermotrope Polyester und Mischungen davon.
Sandwichbauteil (1) mit einer Kernlage (2) reduzierter Dichte zwischen zwei Deckschichten (3) aus einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff, zur Verwendung im Kraftfahrzeugbau geeignet, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichbauteil (1) an die Deckschichten (3) angespritzte Form- und/oder Funktionsstrukturen (4) aus einem thermoplastischen Kunststoff aufweist.