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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2006 012 027 A1 beschrieben, Sandwichbauteile mit einem Kunststoff/Wabenkern bekannt. Dies sind glatte, gebogene und/oder kugelförmige Bauteile aus Schaumstoff, wobei in einer Füllung aus expandiertem Polystyrol, expandiertem Polypropylen und/oder expandiertem Polyethylen Waben eingebunden sind. Die Waben sind aus Papier, Kunststoff und/oder Aluminium. Durch geeignete Hilfsformen können zwei- und dreidimensionale Formen, beispielsweise Ecken, Kanten, Rundungen oder Kugeln, hergestellt werden. Durch Anpassung der Eigenschaften des eingesetzten Schaums können die Bauteile bezüglich der Anforderung zur Schalldämmung und/oder Wärmedämmung optimiert und den Anforderungen entsprechend angepasst werden. Durch den Einbau von Sicken und Kanten und anderen geeigneten Profilierungen können Verbindungsstege vorgesehen werden. Beim Expandiervorgang können geeignete Materialien, beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff, Stahlblech, Aluminiumblech oder Dekorfolie, als Deckschicht mit dem geschäumten Bauteil verbunden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Fahrzeugbauteil und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Fahrzeugbauteil ist aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet.
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Erfindungsgemäß ist zumindest eine erste Deckschicht aus Glas ausgebildet. Diese erste Deckschicht ist auf einer Sichtseite des Fahrzeugbauteils ausgebildet. Das Glas der ersten Deckschicht ist ein chemisch gehärtetes Glas. Durch die Verwendung einer derartigen Deckschicht aus Glas ist kein Klarlack mehr erforderlich. Durch das Glas ist eine im Vergleich zur Verwendung von Klarlack qualitativ wesentlich hochwertigere Oberfläche des Fahrzeugbauteils erreicht, auch als Class A Glasoberfläche bezeichnet. Des Weiteren ist durch die aus Glas ausgebildete erste Deckschicht, welche eine Außenseite des Fahrzeugbauteils bildet, eine Tiefenwirkung bezüglich einer Sicht auf eine darunterliegende Schicht erzielbar. Zudem sind durch die aus Glas ausgebildete erste Deckschicht die anderen Schichten des Fahrzeugbauteils gegen Witterungseinflüsse und Einflüsse durch UV-Strahlung geschützt. Daher kann dieses Fahrzeugbauteil besonders vorteilhaft auch als ein Fahrzeugaußenbauteil ausgebildet sein, d. h. ein an einer Außenseite des Fahrzeugs angeordnetes und daher derartigen Witterungseinflüssen besonders stark ausgesetztes Fahrzeugbauteil.
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Bevorzugt weist diese erste Deckschicht aus dem chemisch gehärteten Glas eine Schichtdicke von bis zu einem Millimeter auf, beispielsweise eine Schichtdicke von 0,5 mm, 0,75 mm oder 1 mm. Dieses sehr dünne und chemisch gehärtete Glas wird auch als Dünnglas und/oder als Hartglas bezeichnet. Es weist aufgrund des chemischen Härtens insbesondere sehr gute Härteeigenschaften und Verschleißeigenschaften auf, d. h. es ist insbesondere sehr kratzfest. Um diese besonders vorteilhaften Eigenschaften zu erzielen, ist das Glas der ersten Deckschicht vorzugsweise als ein Alkali-Alumosilikatglas ausgebildet.
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Zweckmäßigerweise ist auf einer von der Sichtseite abgewandten Rückseite der ersten Deckschicht eine erste Kunststoffschicht oder eine Farbschicht angeordnet. Die erste Kunststoffschicht kann beispielsweise eine Dekorfolie sein. Die Farbschicht kann beispielsweise auch als eine Farbdruckschicht ausgebildet sein. Unter Farbschicht ist dabei zu verstehen, dass diese Schicht in einer oder mehreren Buntfarben und/oder Unbuntfarben ausgebildet sein kann. Unter Unbuntfarben sind Schwarz sowie Graustufen zu verstehen.
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Diese unter der ersten Deckschicht aus Glas angeordnete Farbschicht oder erste Kunststoffschicht ist für den optischen Eindruck des Fahrzeugbauteils verantwortlich. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die erste Kunststoffschicht beispielsweise aus Polycarbonat (PC) ausgebildet sein. Dazu ist die erste Deckschicht aus Glas beispielsweise mit dem Polycarbonat hinterspritzt. Das Polycarbonat kann dabei beispielsweise Infrarotstrahlung absorbierend ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Polycarbonat eingefärbt sein. Ein derartiges Fahrzeugbauteil kann zum Beispiel als Dachfenster oder Teil eines derartigen Dachfensters eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Dabei kann es derart ausgebildet sein, dass es lichtdurchlässig ist, dass aber durch die Absorption infraroter Strahlung eine starke Aufheizung eines Fahrzeuginnenraums verhindert ist. Durch das Polycarbonat ist ein so genanntes Hybridglas-Bauteil ausgebildet, welches ein geringes Gewicht und eine hohe Bruchfestigkeit aufweist. Des Weiteren weist es an einer äußeren Oberfläche die geschilderten Vorteile der ersten Deckschicht aus Glas auf. Zudem weist es die Vorteile des Polycarbonats auf, d. h. die Einfärbbarkeit und die Infrarotstrahlungsabsorption. In diesem Fall bilden die erste Deckschicht und die erste Kunststoffschicht jeweils eine Außenseite des Fahrzeugbauteils, wobei beispielsweise die erste Kunststoffschicht einem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist und die erste Deckschicht einer äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die erste Kunststoffschicht beispielsweise auch aus Ethylenvinylacetat (EVA) ausgebildet sein. Dieser Kunststoff eignet sich insbesondere zur Verbindung der ersten Deckschicht aus Glas mit einer oder mehreren anderen Schichten des Fahrzeugbauteils, wobei die Schicht aus Ethylenvinylacetat vorzugsweise transparent ausgebildet ist.
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Die erste Kunststoffschicht ist in vorteilhaften Ausführungsformen als eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht oder als eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht ausgebildet. Dadurch ist ein Fahrzeugbauteil mit einer Carbonoptik ermöglicht. Dabei wird die jeweilige kohlenstofffaserverstärkte Schicht auch als Sichtcarbon bezeichnet. Durch die erste Deckschicht aus Glas ist dabei eine Tiefenwirkung erreicht, die durch Klarlack nur sehr schwer erzielbar wäre. Der Kunststoff für die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht ist beispielsweise das bereits erwähnte Ethylenvinylacetat, welches sich mit den Kohlenstofffasern verbindet und auf diese Weise eine Matrix der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht bildet. Dabei ist das Ethylenvinylacetat nach einem Aushärten hochtransparent. Zudem ist durch diesen Kunststoff die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht mit der aus Glas ausgebildeten ersten Deckschicht und gegebenenfalls mit einer oder mehreren weiteren Schichten des Fahrzeugbauteils verbunden.
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Der Kunststoff für die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht ist beispielsweise aufgeschäumtes Polyurethan (PU). Auch dies wirkt als Matrix für die Kohlenstofffasern und verbindet zudem die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht mit der aus Glas ausgebildeten ersten Deckschicht und gegebenenfalls mit einer oder mehreren weiteren Schichten des Fahrzeugbauteils. Durch den aufgeschäumten Kunststoff ist eine von der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht etwas abweichende optische Anmutung des Fahrzeugbauteils erreicht, d. h. eine etwas andere SichtcarbonOptik.
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Besonders bevorzugt umfasst das Fahrzeugbauteil eine Wabenstrukturschicht. Derartige Bauteile werden auch als Sandwich-Wabeverbundbauteile bezeichnet. Dies ermöglicht die Ausbildung des Fahrzeugbauteils als Leichtbauteil, d. h. das Fahrzeugbauteil weist eine hohe Stabilität und ein geringes Gewicht auf. Zudem ist durch die erste Deckschicht aus Glas eine Abzeichnung einer Wabenstruktur an einer sichtbaren Oberfläche des Fahrzeugbauteils verhindert. Die Wabenstrukturschicht kann beispielsweise durch eine Wabenstruktur aus Papier und/oder Pappe gebildet sein oder durch eine Wabenstruktur aus Kunststoff. Des Weiteren ist beispielsweise auch eine Wabenstruktur aus Metall möglich, beispielsweise aus Aluminium. Auch Kombinationen dieser Werkstoffe sind möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auf einer der ersten Deckschicht zugewandten Seite der Wabenstrukturschicht eine faserverstärkte Kunststoffschaumschicht angeordnet. Dies kann die bereits erwähnte kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht sein. Es kann sich hierbei jedoch beispielsweise auch um eine glasfaserverstärkte Kunststoffschaumschicht handeln. Diese faserverstärkte Kunststoffschaumschicht dient einer Stabilisierung des Fahrzeugbauteils und zudem der Verbindung der Wabenstrukturschicht mit weiteren Schichten des Fahrzeugbauteils, d. h. ist die faserverstärkte Kunststoffschaumschicht als kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht ausgebildet, so ist durch diese die Wabenstruktur mit der ersten Deckschicht aus Glas verbunden. Ist diese faserverstärkte Kunststoffschaumschicht als glasfaserverstärkte Kunststoffschaumschicht ausgebildet, so ist durch diese die Wabenstrukturschicht beispielsweise mit der aus Glas ausgebildeten ersten Deckschicht und der darauf angeordneten Farbschicht oder ersten Kunststoffschicht, beispielsweise der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht, verbunden.
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Zweckmäßigerweise ist auf einer von der ersten Deckschicht abgewandten Seite der Wabenstrukturschicht eine faserverstärkte Kunststoffschaumschicht, insbesondere eine glasfaserverstärkte Kunststoffschaumschicht, angeordnet oder eine zweite Kunststoffschicht und darauf eine zweite Deckschicht aus einem chemisch gehärteten Glas angeordnet. Auf diese Weise ist die Sandwichstruktur des Fahrzeugbauteils fertiggestellt. Die faserverstärkte Kunststoffschaumschicht dient dabei insbesondere der Stabilisierung des Fahrzeugbauteils.
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Die zweite Kunststoffschicht und darauf die zweite Deckschicht sind insbesondere bei einer Wabenstruktur aus Kunststoff zu verwenden. Dabei ist die Wabenstrukturschicht beispielsweise aus einer Mehrzahl parallel ausgerichteter Kunststoffröhren ausgebildet, zum Beispiel aus Polycarbonat (PC). Auf einer Seite dieser Wabenstrukturschicht ist dann die erste Deckschicht aus Glas angeordnet, welche mit der Wabenstrukturschicht beispielsweise mittels Ethylenvinylacetat (EVA) als erster Kunststoffschicht verbunden ist. Auf der anderen Seite der Wabenstrukturschicht ist dann die zweite Kunststoffschicht, beispielsweise ebenfalls aus Ethylenvinylacetat (EVA), und darauf die zweite Deckschicht aus dem chemisch gehärteten Glas angeordnet. Dabei kann die zweite Kunststoffschicht auch eingefärbt sein. Dadurch ist ein semitransparentes Verbundbauteil erreicht, welches sehr leicht ist und durch die Sandwichbauweise mit der darin angeordneten Wabenstrukturschicht gleichzeitig eine hohe Festigkeit aufweist. In diesem Fall bilden die beiden Deckschichten jeweils eine Außenseite des Fahrzeugbauteils. Dabei kann eine Außenseite des Fahrzeugbauteils, beispielsweise die zweite Deckschicht, einem Fahrzeuginnenraum zugewandt sein und die andere Außenseite des Fahrzeugbauteils ist dann einer äußeren Fahrzeugumgebung zugewandt. Alternativ zum Glas kann die zweite Deckschicht auch aus einem transparenten Kunststoff gebildet sein, beispielsweise aus Polycarbonat (PC).
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines derartigen Fahrzeugbauteils wird das Fahrzeugbauteil aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet, wobei die erste Deckschicht aus dem chemisch gehärteten Glas mit einer oder mehreren weiteren Schichten stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird. Dadurch werden die bereits geschilderten Vorteile erzielt. Insbesondere ist kein Klarlack erforderlich und durch die Deckschicht aus Glas wird eine im Vergleich zur Verwendung von Klarlack qualitativ wesentlich hochwertigere Oberfläche des Fahrzeugbauteils erreicht, auch als Class A Glasoberfläche bezeichnet. Des Weiteren wird durch die aus Glas ausgebildete erste Deckschicht eine Tiefenwirkung bezüglich einer Sicht auf eine darunter liegende Schicht erzielt. Zudem werden durch die aus Glas ausgebildete erste Deckschicht die anderen Schichten des Fahrzeugbauteils gegen Witterungseinflüsse und Einflüsse durch UV-Strahlung geschützt. Daher kann das mittels des Verfahrens herstellbare Fahrzeugbauteil besonders vorteilhaft auch als ein Fahrzeugaußenbauteil ausgebildet werden, d. h. ein an einer Außenseite des Fahrzeugs angeordnetes und daher derartigen Witterungseinflüssen besonders stark ausgesetztes Fahrzeugbauteil.
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Zweckmäßigerweise wird auf eine von der Sichtseite abgewandte Rückseite der ersten Deckschicht die erste Kunststoffschicht oder die Farbschicht aufgebracht. Die erste Kunststoffschicht kann beispielsweise eine Dekorfolie sein. Die Farbschicht, welche beispielsweise in einem so genannten In-Mould-Coating Verfahren auf die erste Deckschicht aufgebracht werden kann, kann beispielsweise auch als eine Farbdruckschicht ausgebildet werden. Unter Farbschicht ist dabei zu verstehen, dass diese Schicht in einer oder mehreren Buntfarben und/oder Unbuntfarben ausgebildet sein kann. Unter Unbuntfarben sind Schwarz sowie Graustufen zu verstehen. Diese unter der ersten Deckschicht aus Glas angeordnete Farbschicht oder erste Kunststoffschicht ist für den optischen Eindruck des Fahrzeugbauteils verantwortlich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die erste Kunststoffschicht beispielsweise aus Polycarbonat (PC) ausgebildet werden. Dazu wird die erste Deckschicht aus Glas beispielsweise mit dem Polycarbonat hinterspritzt. Das Polycarbonat kann dabei beispielsweise Infrarotstrahlung absorbierend ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Polycarbonat eingefärbt sein. Ein derartiges Fahrzeugbauteil kann zum Beispiel als Dachfenster oder Teil eines derartigen Dachfensters eines Fahrzeugs ausgebildet werden. Dabei kann es derart ausgebildet werden, dass es lichtdurchlässig ist, dass aber durch die Absorption infraroter Strahlung eine starke Aufheizung eines Fahrzeuginnenraums verhindert wird. Durch das Polycarbonat ist ein so genanntes Hybridglas-Bauteil ausgebildet, welches ein geringes Gewicht und eine hohe Bruchfestigkeit aufweist. Des Weiteren weist an einer äußeren Oberfläche die geschilderten Vorteile der ersten Deckschicht aus Glas auf. Zudem weist es die Vorteile des Polycarbonats auf, d. h. die Einfärbbarkeit und die Infrarotstrahlungsabsorption.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die erste Kunststoffschicht beispielsweise auch aus Ethylenvinylacetat (EVA) ausgebildet werden. Dieser Kunststoff eignet sich insbesondere zur Verbindung der ersten Deckschicht aus Glas mit einer oder mehreren anderen Schichten des Fahrzeugbauteils, wobei die Schicht aus Ethylenvinylacetat vorzugsweise nach einem Aufschmelzen und Aushärten hochtransparent wird. Ein optischer Eindruck des Fahrzeugbauteils wird dann durch die weiteren Schichten des Fahrzeugbauteils erzielt, beispielsweise durch Kohlenstofffasern, welche sich im Verfahren mit der Schicht aus Ethylenvinylacetat verbinden, so dass sich die erste Kunststoffschicht dann als kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht ausbildet.
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Alternativ kann diese erste Kunststoffschicht auch eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht sein, welche aus Kohlenstofffasern und einem aufschäumenden Kunststoff ausgebildet wird. Diese kann dann auch zur Verbindung der ersten Deckschicht aus Glas mit einer oder mehreren anderen Schichten des Fahrzeugbauteils dienen. Die Kunststoffschicht aus Kohlenstofffasern und dem dann aufgeschäumten Kunststoff ist in dieser Ausführungsform für den optischen Eindruck des Fahrzeugbauteils verantwortlich.
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Vorzugsweise wird ein Wabenkern stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der ersten Deckschicht, der ersten Kunststoffschicht oder Farbschicht und weiteren Schichten verbunden. Dadurch wird ein als Sandwich-Wabeverbundbauteil ausgebildetes Fahrzeugbauteil hergestellt. Dies ermöglicht die Ausbildung des Fahrzeugbauteils als Leichtbauteil, d. h. das Fahrzeugbauteil weist eine hohe Stabilität und ein geringes Gewicht auf. Zudem wird durch die erste Deckschicht aus Glas eine Abzeichnung einer Wabenstruktur an einer sichtbaren Oberfläche des Fahrzeugbauteils verhindert. Die Wabenstrukturschicht kann beispielsweise durch eine Wabenstruktur aus Papier und/oder Pappe gebildet sein oder durch eine Wabenstruktur aus Kunststoff. Auch andere Materialien, zum Beispiel Metall, insbesondere Aluminium, oder eine Kombination dieser Materialien ist möglich.
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Die Schichten des Fahrzeugbauteils können beispielsweise nacheinander in einem Formwerkzeug angeordnet und unter Druck und Wärme miteinander verpresst und dadurch stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Alternativ können auch einzelne Bestandteile des Fahrzeugbauteils zunächst separat miteinander verbunden werden und diese dann zum Fahrzeugbauteil miteinander verbunden werden. Beispielsweise werden zunächst ein oder mehrere Schichten auf die von der Sichtseite abgewandte Seite der ersten Deckschicht aus Glas auflaminiert und des Weiteren wird ein Wabenverbund aus der Wabenstrukturschicht hergestellt, auf welchen dazu beidseitig Glasfasermatten aufgelegt werden, welche mit aufschäumendem Kunststoff besprüht werden. Dieser Wabenverbund wird dann gemeinsam mit dem Laminat der ersten Deckschicht in ein entsprechendes Werkzeug eingelegt und unter Druck und Wärme verpresst, wobei der aufschäumende Kunststoff aktiviert wird, so dass er austreibt und aushärtet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1A eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Schichtaufbaus eines zu fertigenden Fahrzeugbauteils,
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1B eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugbauteils,
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2A eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Schichtaufbaus eines zu fertigenden Fahrzeugbauteils,
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2B eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugbauteils,
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3A eine schematische Darstellung eines Schichtteilaufbaus eines dritten Ausführungsbeispiels eines zu fertigenden Fahrzeugbauteils,
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3B eine schematische Darstellung eines verbundenen Schichtteilaufbaus eines dritten Ausführungsbeispiels eines zu fertigenden Fahrzeugbauteils,
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3C eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Schichtaufbaus eines zu fertigenden Fahrzeugbauteils,
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3D eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugbauteils,
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4A eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Schichtaufbaus eines zu fertigenden Fahrzeugbauteils,
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4B eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugbauteils, und
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5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugbauteils.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1A bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Schichtaufbauten eines Fahrzeugbauteils 1 während eines Verfahrens zu dessen Herstellung sowie das daraus jeweils resultierende Fahrzeugbauteil 1. Zumindest eine erste Deckschicht 2 des Fahrzeugbauteils 1 ist jeweils aus Glas ausgebildet. Diese erste Deckschicht 2 ist auf einer Sichtseite des Fahrzeugbauteils 1 ausgebildet. Das Glas dieser ersten Deckschicht 2 ist als ein chemisch gehärtetes Glas ausgebildet, besonders bevorzugt als ein Alkali-Alumosilikatglas. Die erste Deckschicht 2 aus diesem chemisch gehärteten Glas weist bevorzugt eine Schichtdicke von bis zu einem Millimeter auf, beispielsweise eine Schichtdicke von 0,5 mm, 0,75 mm oder 1 mm.
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Im ersten, in 1A dargestellten Beispiel wird zur Herstellung des Fahrzeugbauteils 1 auf einer Rückseite der ersten Deckschicht 2 aus Glas, d. h. auf einer von dessen Sichtseite abgewandten Seite, ein aufschäumender Kunststoff AK beispielsweise aus Polyurethan aufgebracht. Dazu wird beispielsweise zunächst die erste Deckschicht 2 aus Glas in eine Kavität eines nicht dargestellten Formwerkzeugs eingelegt und der aufschäumende Kunststoff AK wird auf die Rückseite der ersten Deckschicht 2 aufgesprüht. Während des Aufbringens ist der aufschäumende Kunststoff AK, d. h. beispielsweise das Polyurethan, dabei noch nicht aufgeschäumt, sondern es wird erst in nachfolgenden Herstellungsschritten aktiviert, wodurch es austreibt und aushärtet. Auf diesen aufschäumenden Kunststoff AK wird eine Schicht aus Kohlenstofffasern CF aufgebracht, beispielsweise als eine Kohlenstofffasermatte, welche als Gewebe oder Gelege ausgebildet ist. Darauf wird eine Wabenstrukturschicht 3 aufgebracht. Diese Wabenstrukturschicht 3 ist beispielsweise als ein Wabenkern aus Papier und/oder Pappe ausgebildet. Auf diese Wabenstrukturschicht 3 werden Glasfasern GF zum Beispiel in Form einer Glasfasermatte aufgebracht, welche anschließend mit dem aufschäumenden Kunststoff AK besprüht werden.
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Das Formwerkzeug wird dann geschlossen und die Schichten werden durch Druck und Wärme miteinander verpresst. Dadurch wird der aufschäumende Kunststoff AK aktiviert, wodurch er aufschäumt und in benachbarte Schichten eindringt. Auf diese Weise bildet sich, wie in 1B dargestellt, auf der von der Sichtseite abgewandten Rückseite der ersten Deckschicht 2 eine erste Kunststoffschicht 4 aus, welche in diesem Ausführungsbeispiel als eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht ausgebildet ist, da der aufschäumende Kunststoff AK während des Aufschäumens die Schicht aus Kohlenstofffasern CF durchdringt und teilweise in die Wabenstrukturschicht 3 eindringt. Der aufschäumende Kunststoff AK bildet dadurch im aufgeschäumten Zustand eine Matrix für die Kohlenstofffasern CF, so dass die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschaumschicht in Form einer Carbonschicht ausgebildet wird, welche durch die erste Deckschicht 2 aus Glas hindurch sichtbar ist.
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Diese Carbonschicht wird auch als Sichtcarbon bezeichnet. Das Fahrzeugbauteil 1 weist auf diese Weise eine Carbonoptik mit einer durch die erste Deckschicht 2 aus Glas hochglänzenden hochqualitativen Oberfläche auf, welche beispielsweise durch Klarlack nicht erreichbar ist. Zudem ist durch die erste Deckschicht 2 aus Glas eine optische Tiefenwirkung erzielt. Des Weiteren ist das Fahrzeugbauteil 1 durch diese erste Deckschicht 2 aus dem chemisch gehärteten Glas, welches sehr gute Härteeigenschaften und Verschleißeigenschaften aufweist und insbesondere sehr kratzfest ist, vor Witterungseinflüssen und zudem vor Schäden durch UV-Einstrahlung geschützt. Daher können auf diese Weise insbesondere auch Fahrzeugaußenbauteile hergestellt werden.
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Des Weiteren wird durch den aufschäumenden Kunststoff AK die erste Deckschicht 2 aus Glas stoffschlüssig mit der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschaumschicht verbunden und die Wabenstrukturschicht 3 wird stoffschlüssig und formschlüssig mit der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschaumschicht verbunden. Zudem durchdringt auf der anderen Seite der Wabenstrukturschicht 3 der dort aufgebrachte aufschäumende Kunststoff AK die Schicht aus Glasfasern GF, d. h. die Glasfasermatte, und dringt ebenfalls teilweise in die Wabenstrukturschicht 3 ein, so dass sich hier eine glasfaserverstärkte Kunststoffschaumschicht 5 ausbildet, welche mit der Wabenstrukturschicht 3 stoffschlüssig und formschlüssig verbunden wird. Durch die Wabenstrukturschicht 3 ist ein Leichtbauteil ermöglicht, so dass auf diese Weise ein sehr leichtes und stabiles Fahrzeugbauteil 1 ausgebildet wird.
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Alternativ zu der beschriebenen Aufschichtung der einzelnen Komponenten nacheinander im Formwerkzeug können die Kohlenstofffasern CF und die Glasfasern GF jeweils in Mattenform zunächst auf der jeweiligen Seite der Wabenstrukturschicht 3 befestigt werden, beispielsweise an dieser verklammert werden, und danach mit dem aufschäumenden Kunststoff AK besprüht werden, so dass dann dieser Wabenverbund in die Kavität des Formwerkzeugs auf die darin vorher bereits angeordnete erste Deckschicht 2 aus Glas aufgelegt werden kann. Danach wird, wie bereits beschrieben, das Formwerkzeug geschlossen und die Schichten werden wie beschrieben mittels Druck und Wärme durch den aktivierten und dadurch austreibenden Kunststoff AK miteinander verbunden.
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Im in 2A dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf die Rückseite der ersten Deckschicht 2 aus Glas eine Farbschicht 6 aufgebracht. Diese kann beispielsweise aufgedruckt oder aufgespritzt werden oder in einem so genannten In-Mould-Coating Verfahren aufgebracht werden. Dabei wird die erste Deckschicht 2 in eine Werkzeugform eingelegt, diese wird geschlossen und aufzubringende Farbe wird in einen verbleibenden Hohlraum der Werkzeugform eingebracht, so dass auf diese Weise die Rückseite der ersten Deckschicht 2 aus Glas mit der Farbe beschichtet wird. Die weiteren Herstellungsschritte zur Fertigstellung des Fahrzeugbauteils 1 sind ähnlich zu den bereits zum ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Schritten.
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Die mit Farbe beschichtete erste Deckschicht 2 wird in die Kavität des Formwerkzeugs eingebracht oder darin belassen, wenn es sich bei der Werkzeugform zum Aufbringen der Farbe bereits um das Formwerkzeug handelt. Anschließend wird eine Schicht des aufschäumenden Kunststoff AK, vorzugsweise Polyurethan, auf die Farbschicht 6 aufgesprüht, darauf wird eine Schicht Glasfasern GF beispielsweise in Form einer Glasfasermatte aufgebracht, darauf wird die Wabenstrukturschicht 3 aufgelegt, auf deren Rückseite eine weitere Schicht Glasfasern GF beispielsweise in Glasfasermattenform aufgelegt und mit dem aufschäumenden Kunststoff AK besprüht wird. Danach wird das Formwerkzeug geschlossen und die Schichten werden durch Druck und Wärme miteinander verpresst, wodurch der aufschäumende Kunststoff AK aktiviert wird und austreibt, so dass er die Glasfasern GF durchdringt und mit der Wabenstrukturschicht 3 und der mit Farbe beschichteten ersten Deckschicht 2 verbindet, wie in 2B dargestellt. Es bilden sich dadurch wieder die glasfaserverstärkten Kunststoffschaumschichten 5 aus.
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Alternativ können auch hier die Wabenstrukturschicht 3 und die beiden Schichten Glasfasern GF außerhalb des Formwerkzeugs miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Klammern, und der aufschäumende Kunststoff AK auf die Glasfasern GF aufgesprüht werden, so dass der gesamte Wabenverbund in die Kavität des Formwerkzeugs eingebracht und auf die mit Farbe beschichtete erste Deckschicht 2 aufgelegt werden kann. Das Formwerkzeug wird dann geschlossen und die Schichten werden wie beschrieben miteinander verbunden. Das in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildete Fahrzeugbauteil 1 weist eine Farboptik auf, welche durch die erste Deckschicht 2 aus Glas abgedeckt ist, mit den bereits zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderten Vorteilen.
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In einem weiteren, in den 3A bis 3C dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf die Rückseite der ersten Deckschicht 2 aus Glas zunächst eine Schicht aus Kunststoff K aufgebracht, bevorzugt eine Folie aus Ethylenvinylacetat. Darauf wird eine Schicht aus Kohlenstofffasern CF aufgebracht, bevorzugt in Form einer als Gewebe oder Gelege ausgebildeten Matte, und darauf wird erneut eine Schicht aus Kunststoff K aufgebracht, wieder bevorzugt in Form einer Folie aus Ethylenvinylacetat. Dieser Schichtteilaufbau des zu fertigenden Fahrzeugbauteils 1 wird laminiert, so dass die Schicht aus Kohlenstofffasern CF mit dem aufschmelzenden Kunststoff K durchtränkt wird. Der Kunststoff K bildet dann die Matrix für die Kohlenstofffasern CF, so dass eine mit der ersten Deckschicht 2 stoffschlüssig verbundene erste Kunststoffschicht 4 entsteht, welche in diesem Ausführungsbeispiel als eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht ausgebildet ist, wie in 3B dargestellt. Dadurch wird auch hier eine Schicht aus Sichtcarbon erreicht, welche durch die erste Deckschicht 2 abgedeckt ist, mit den bereits zum ersten Ausführungsbeispiel geschilderten Vorteilen.
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Dieser in 3B dargestellte Schichtverbund wird nun in das Formwerkzeug eingelegt und es wird, wie in 3C dargestellt, eine Schicht des aufschäumenden Kunststoff AK, vorzugsweise Polyurethan, auf die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht aufgesprüht, darauf wird eine Schicht Glasfasern GF beispielsweise in Form einer Glasfasermatte aufgebracht, darauf wird die Wabenstrukturschicht 3 aufgelegt, auf deren Rückseite eine weitere Schicht Glasfasern GF beispielsweise in Glasfasermattenform aufgelegt und mit dem aufschäumenden Kunststoff AK besprüht wird. Danach wird das Formwerkzeug geschlossen und die Schichten werden durch Druck und Wärme miteinander verpresst, wodurch der aufschäumende Kunststoff AK aktiviert wird und durch das Aufschäumen die jeweilige Glasfasermatte durchdringt und teilweise in die Wabenstrukturschicht 3 eindringt. Es bilden sich dadurch wieder die glasfaserverstärkten Kunststoffschaumschichten 5 aus. Zudem wird durch die obere Schicht des aufschäumenden Kunststoff AK der vorher laminierte Schichtverbund mit der Wabenstrukturschicht 3 stoffschlüssig und formschlüssig verbunden. Daraus resultiert das in 3D dargestellte fertiggestellte Fahrzeugbauteil 1 in Leichtbauweise.
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Alternativ können auch hier die Wabenstrukturschicht 3 und die beiden Schichten Glasfasern GF außerhalb des Formwerkzeugs miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Klammern, und der aufschäumende Kunststoff AK auf die Glasfasern GF aufgesprüht werden, so dass der gesamte Wabenverbund in die Kavität des Formwerkzeugs eingebracht und auf den vorher laminierten Schichtverbund aufgelegt werden kann. Das Formwerkzeug wird dann geschlossen und die Schichten werden wie beschrieben miteinander verbunden.
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In einer weiteren, in den 4A und 4B dargestellten Ausführungsform wird das gesamte Fahrzeugbauteil 1 durch Laminieren gefertigt. Dabei wird auf die Rückseite der ersten Deckschicht 2 aus Glas zunächst eine Schicht aus Kunststoff K aufgebracht, bevorzugt eine Folie aus Ethylenvinylacetat. Darauf wird eine Wabenstrukturschicht 3 aufgebracht, welche in diesem Fall aus Kunststoff ausgebildet ist, bevorzugt aus Polycarbonat in Form von parallel nebeneinander angeordneten Kunststoffröhren. Diese Kunststoffröhren sind senkrecht zur ersten Deckschicht 2 ausgerichtet, so dass ein Betrachter des Fahrzeugbauteils 1, welcher senkrecht auf die erste Deckschicht 2 sieht, durch die Kunststoffröhren in deren axialer Richtung hindurchsehen kann. Auf einer von der ersten Deckschicht 2 abgewandten Seite der Wabenstrukturschicht 3 wird ebenfalls eine Schicht aus Kunststoff K aufgebracht, erneut bevorzugt in Form einer Folie aus Ethylenvinylacetat. Dieser Kunststoff K kann beispielsweise eingefärbt sein. Auf diese Schicht Kunststoff K wird eine zweite Deckschicht 7 aufgebracht, welche beispielsweise ebenfalls aus Glas, vorzugsweise aus dem chemisch gehärteten Glas der ersten Deckschicht 2 ausgebildet ist. Alternativ kann diese zweite Deckschicht 7 auch aus einem Kunststoff ausgebildet sein, zweckmäßigerweise aus einem transparenten oder zumindest transluzenten Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat.
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Dieser Schichtaufbau wird nun durch Lamination miteinander verbunden, wobei der Kunststoff K aus Ethylenvinylacetat aufschmilzt und die Wabenstrukturschicht 3 mit der jeweiligen Deckschicht 2, 7 stoffschlüssig und formschlüssig verbindet. Auf diese Weise wird, wie in 4B dargestellt, ein semitransparentes und/oder zumindest transluzentes Fahrzeugbauteil 1 in Verbundbauteilweise hergestellt, wobei die erste Deckschicht 2 über die sich durch den aufgeschmolzenen und wieder verfestigten Kunststoff K gebildete erste Kunststoffschicht 4 mit der Wabenstrukturschicht 3 stoffschlüssig und formschlüssig verbunden ist und die zweite Deckschicht 7 über eine zweite Kunststoffschicht 8, die sich ebenfalls durch den aufgeschmolzenen und wieder verfestigten Kunststoff K bildet, mit der Wabenstrukturschicht 3 stoffschlüssig und formschlüssig verbunden ist. In diesem Fall bilden die beiden Deckschichten 2, 7 jeweils eine Außenseite des Fahrzeugbauteils 1. Dabei kann beispielsweise die zweite Deckschicht 7 einem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt sein und die erste Deckschicht 2 ist einer äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt.
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Eine weitere Ausführungsform des Fahrzeugbauteils 1 ist in 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist auf die Rückseite der ersten Deckschicht 2 aus Glas lediglich eine erste Kunststoffschicht 4 aufgebracht, welche in der hier dargestellten Ausführungsform beispielsweise aus Polycarbonat ist. Dazu wird die erste Deckschicht 2 beispielsweise in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Kunststoff hinterspritzt, so dass sich die erste Kunststoffschicht 4 ausbildet. Das Polycarbonat kann dabei beispielsweise Infrarotstrahlung absorbierend ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Polycarbonat eingefärbt sein.
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Ein derartiges Fahrzeugbauteil 1 kann zum Beispiel als Dachfenster oder Teil eines derartigen Dachfensters eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Dabei kann es derart ausgebildet sein, dass es lichtdurchlässig ist, dass aber durch die Absorption infraroter Strahlung eine starke Aufheizung eines Fahrzeuginnenraums verhindert ist. Durch das Polycarbonat ist ein so genanntes Hybridglas-Bauteil ausgebildet, welches ein geringes Gewicht und eine hohe Bruchfestigkeit aufweist. Des Weiteren weist es an einer äußeren Oberfläche die geschilderten Vorteile der ersten Deckschicht 2 aus Glas auf. Zudem weist es die Vorteile des Polycarbonats auf, d. h. die Einfärbbarkeit und die Infrarotstrahlungsabsorption. In diesem Fall bilden die erste Deckschicht 2 und die erste Kunststoffschicht 4 jeweils eine Außenseite des Fahrzeugbauteils, wobei beispielsweise die erste Kunststoffschicht einem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist und die erste Deckschicht 2 einer äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist.
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Das anhand der hier dargestellten Ausführungsbeispiele geschilderte Verfahren ermöglicht eine einfach zu realisierende, schnelle und kostengünstige Herstellung hochqualitativer Fahrzeugteile 1, welche eine hochwertige optische Anmutung aufweisen. Dies wird insbesondere durch die erste Deckschicht 2 erreicht, welche aus dem chemisch gehärteten Glas mit einer Dicke von bis zu einem Millimeter gebildet wird. Dieses auch als Hartglas und/oder Dünnglas bezeichnete Glas ermöglicht eine sehr glatte hochqualitative Oberflächenstruktur des Fahrzeugbauteils 1, welche durch Klarlack nicht erreicht werden kann. Insbesondere wird durch die erste Deckschicht 2 aus Glas eine Abzeichnung der einer Wabenstruktur der Wabenstrukturschicht 3 an einer Oberfläche des Fahrzeugbauteils 1 verhindert. Zudem wird durch die erste Deckschicht 2 aus diesem Glas eine optische Tiefenwirkung auf darunter liegende Schichten erzielt, beispielsweise auf die Farbschicht 6 oder auf das auf die geschilderte Weise ausgebildete Sichtcarbon. Des Weiteren ist das Fahrzeugbauteil 1, insbesondere die jeweils für die optische Anmutung verantwortliche Schicht, durch die erste Deckschicht 2 aus diesem Glas gegen Witterungseinflüsse und gegen ultraviolette Strahlung geschützt. Auf die beschriebene Weise kann ein Fahrzeugbauteil 1 als ein dreidimensionales Leichtbauteil in einem einzigen Prozessschritt oder in wenigen Prozessschritten werkzeugfallend hergestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Bauteil und Verfahren sind nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sondern auf weitere übertragbar. So kann z. B. die erwähnte Farbdruckschicht anstatt auf die Rückseite der ersten Deckschicht, z. B. Glasschicht, auch auf den aufgeschäumten Kunststoff AK aufgebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012027 A1 [0002]
