DE102012104534A1 - Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug, die einen Dachhimmel und einen Versteifungsrahmen aufweist, und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug mit einem Schiebe- oder Panoramadach, die einen Dachhimmel oder einen Versteifungsrahmen aufweist. Der Versteifungsrahmen ist an dem Dachhimmel befestigt, um eine Öffnung in dem Dachhimmel, die der Aufnahme des Schiebe- oder Panoramafensters dient, einzufassen und zu stabilisieren. Der Dachhimmel ist in mehreren Schichten, die mindestens eine Kernschicht und eine Deckschicht umfassen, als ein sogenannter Leichtbau-Dachhimmel aufgebaut. Solche Leichtbau-Dachhimmel haben ein geringes Flächengewicht in der Größenordnung von beispielsweise von 500 bis 1000 g/m2 und weisen keine ausreichende Steifigkeit auf, um ein Schiebe- oder Panoramafenster stabil einzufassen. Es ist daher grundsätzlich bekannt, Dachhimmel, die ein Schiebe- oder Panoramafenster aufnehmen, mit einem Versteifungsrahmen zu stabilisieren.
- Die
DE 203 13 770 U1 beschreibt einen Dachhimmel für ein Kraftfahrzeug aus einer relativ formstabilen Kernschicht und einer dem Fahrzeuginnenraum zuweisenden Dekorschicht, die eine Öffnung zur Aufnahme eines Schiebedaches aufweist. Entlang des Randes der Öffnung erstreckt sich ein Verstärkungsprofil, wobei Kernschicht und Dekorschicht zur Bildung des Randes umgebogen sind und das Verstärkungsprofil in den umgebogenen Rand eingebettet ist. Das Verstärkungsprofil besteht aus Kunststoff oder Metall. - Die
US 7,942,475 B2 beschreibt einen Versteifungsrahmen für die Dachöffnung eines Kraftfahrzeuges aus einem Verbundmaterial, wie glasfaserhaltiges Polyurethan. Der Versteifungsrahmen wird direkt mit dem Blech des Fahrzeugdaches verbunden, um die Dachöffnung, die der Aufnahme des Schiebedaches dient, zu verstärken. Die Verwendung des Verbundmaterials dient insbesondere der Gewichtsreduzierung. - Nachteilig bei beiden Lösung des Standes der Technik ist die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen thermischen und chemischen Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und chemischer Zusammensetzung. Dies birgt die Gefahr, dass sich die Verbindung zwischen dem Versteifungsrahmen und dem Dachhimmel bzw. der Karosserie löst und/oder es zu einer bleibenden Verformung des Dachhimmels kommt. Desweiteren erfordert der Stand der Technik eine relativ aufwendige Verbindungstechnik und erschwert das Recycling.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Dachhimmel und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, wobei der Dachhimmel eine Öffnung zur Aufnahme eines Schiebe- oder Panoramafensters aufweist, die durch ein Versteifungsrahmen eingefasst und stabilisiert ist, wobei die Innenverkleidung ein geringes Gewicht aufweisen und dennoch formstabil sein soll.
- Diese Aufgabe wird durch eine Innenverkleidung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Die Erfindung schlägt eine Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug mit einem Schiebe- oder Panoramadach vor, die einen Dachhimmel und einen Versteifungsrahmen aufweist, der an dem Dachhimmel befestigt ist und eine Öffnung in dem Dachhimmel, welche das Schiebe- oder Panoramafenster eingrenzt, einfasst und stabilisiert. Der Dachhimmel ist in mehreren Schichten aufgebaut, die mindestens eine Kernschicht und eine Deckschicht umfassen. Der Versteifungsrahmen ist aus einem faserverstärkten Verbundmaterial hergestellt, das organische synthetische Polymerfasern, Kohlefasern oder Naturfasern oder Mischungen dieser Fasern und ein Bindemittel aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Material enthält. Das Flächengewicht und die Biegesteifigkeit des Versteifungsrahmens sind größer als die des Dachhimmelaufbaus, vorzugsweise um mindestens 50% größer. Die Erfindung schafft damit einen Dachhimmel einschließlich seiner Versteifung, die vollständig auf der Grundlage von Leichtbaumaterialien, wie Schaummaterialien und Fasernwerkstoffen hergestellt werden kann. Es ist weiterhin möglich, die Innenverkleidung auf der Grundlage leichter, nachwachsender Materialien, wie Naturfasern, herzustellen. Die Materialien von Dachhimmel und Versteifungsrahmen können so einander angepasst werden, dass ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften kompatibel sind und es beispielsweise nicht zu Problemen aufgrund unterschiedlicher thermischen Ausdehnungskoeffizienten kommt. Gegenüber der Verwendung von Metall- oder Kunststoff-Rahmen, beispielsweise aus extrudierten Profilen, kann eine erhebliche Gewichtersparnis erzielt werden. In einer Ausführung der Erfindung wird der Versteifungsrahmen durch Pressformen des faserverstärkten Verbundmaterials als ein kompaktes Bauteil hergestellt. Er kann aus mehreren Rahmenstücken zusammengesetzt sein, die während des Pressformens miteinander verschmolzen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Versteifungsrahmen durch einfachen Zuschnitt von Fasermatten weitgehend ohne Verschnitt hergestellt werden kann. Der Materialbedarf wird dadurch minimiert, wobei durch das Verpressen der einzelnen Rahmenstücke gleichwohl ein Versteifungsrahmen erhalten wird, der eine hohe Stabilität und Eigensteifigkeit aufweist. Zur Erhöhung der Steifigkeit des Rahmens kann dieser mit Profilen, beispielsweise U-Profilen, ausgebildet werden.
- In einer Ausführung der Erfindung wird der Versteifungsrahmen aus vier Rahmenstücken zusammengesetzt, welche die vier Seiten des Rahmens bilden und an den Ecken des Versteifungsrahmen miteinander verschmolzen sind. Hierzu werden einfach die Randstücke des Versteifungsrahmens so in ein Presswerkzeug eingelegt, dass sie sich an den Ecken des Versteifungsrahmens überlappen. Während des Verpressens werden sie dann miteinander verschmolzen.
- In einer Ausführung der Erfindung ist der Dachhimmel, wie oben erwähnt, ein Leichtbau-Dachhimmel. Er kann ein Flächengewicht in der Größenordnung von beispielsweise 500 bis 1000 g/m2 oder weniger haben. Der Versteifungsrahmen kann ein Flächengewicht von etwa 800 bis 1800 g/m2 haben.
- In einer Ausführung der Erfindung ist der Versteifungsrahmen aus einem Verbundmaterial hergestellt, das Kohlefasern und Epoxidharz als Bindemittel enthält. Mit diesen Materialien erhält man eine besonders stabile und leichte Konstruktion.
- In einer anderen Ausführung ist der Versteifungsrahmen aus einem Verbundmaterial hergestellt, das Naturfasern und Acrylat als Bindemittel enthält. Diese Materialien sind insofern vorteilhaft, als Naturfasern als nachwachsender Rohstoff sowie Acrylat allgemein verfügbar und kostengünstig sind. Die Aufbereitung und Verarbeitung der Materialien ist unkompliziert. Gleichwohl erzielt gerade diese spezielle Materialkombination einen besonders stabilen Versteifungsrahmen.
- Der Verbundwerkstoff des Versteifungsrahmens kann ein Mischungsverhältnis von Fasern und Bindemitteln von etwa 60:40 bis etwa 80:20, insbesondere von etwa 70:30 bis 80:20 aufweisen.
- Das Verbundmaterial des Versteifungsrahmens kann in verschiedenen Ausführungen der Erfindung folgende Materialkombination umfassen: eine Naturfasermatte, insbesondere aus Hanf, Kenaf, Flachs, Sisal, Jute, Holz oder Mischungen hiervon, und ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel. Das duroplastische Bindemittel kann z. B. Epoxid, Acrylat, Phenol, Polyurethan oder ungesättigten Polyester aufweisen und in flüssiger oder Pulverform auf und/oder in die Fasermatte auf- bzw. eingebracht werden. Das thermoplastische Bindemittel kann insbesondere ein Biopolymer, wie PLA, Polyester, Polyolefin (PP, PE) oder PA sein, das in Form thermoplastischer Bindefaser in die Fasermatte eingebracht wird. In einer anderen Ausgestaltung kann das Verbundmaterial des Versteifungsrahmens Polymerfasern aus organischen, synthetischen Polymerfasern, insbesondere aus Polyester, Kohle, Aramid oder Kevlar, und ein duroplastisches Bindemittel aufweisen. Das duroplastische Bindemittel ist z. B. ein Harz, das in flüssiger oder Pulverform auf und/oder in das Polymerfasermaterial auf- bzw. eingebracht wird. Die oben genannte Materialkombination haben sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen guten Kompromiss zwischen den Anforderungen an eine hohe Steifigkeit, gute Verarbeitbarkeit und niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei sehr niedrigem Bauteilgewicht.
- Der erfindungsgemäße Versteifungsrahmen kann zusätzlich Einlegeteile, beispielsweise aus Metall oder demselben Verbundwerkstoff, aufweisen. An dem Versteifungsrahmen können auch Anbauteile, wie Befestigungselemente, zusätzliche Versteifungsrahmen und Tragstrukturen, angeformt sein. Es ist auch möglich, Haltegriffe, Konsolen, Lichtelemente, Airbagbauteile, etc. zu integrieren oder an den Versteifungsrahmen anzubauen. Entsprechende Anschlussteile können direkt beim Formpressen des Versteifungsrahmens in das Werkzeug eingelegt und mit angeformt werden. Der Versteifungsrahmen kann auch erweitert werden, um weitere Aussparungen in dem Dachhimmel zu versteifen, beispielsweise Ausschnitte für Beleuchtung, oder um als Aufnahme für Anbauteile, z. B. Konsolen, zu dienen.
- Der Versteifungsrahmen kann an den Dachhimmel angeformt oder angeklebt werden. In einer Ausführung der Erfindung sind der Versteifungsrahmen und der Dachhimmel aus den gleichen Materialien hergestellt.
- Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Herstellen einer Innenverkleidung der oben beschriebenen Art vor, mit den folgenden Verfahrensschritten: Zuschneiden einer Verbundmaterialmatte zur Bildung von Rahmenstücken, welche Teile des Rahmens bilden, wobei das Bindemittel vor oder nach dem Zuschnitt in die Verbundmaterialmatte eingebracht wird; Einlegen der Rahmenstücke in ein Presswerkzeug, so dass sich die Rahmenstücke überlappen; Pressformen der Rahmenstücke, um den Versteifungsrahmen in eine vorgegebene Form zu bringen und die Rahmenstücke miteinander zu verbinden; und Verbinden des Versteifungsrahmens mit dem Dachhimmel. In einer Ausführung werden vier Rahmenstücke vorgesehen, welche die vier Seiten des Rahmens bilden und sich an den Ecken des Versteifungsrahmens überlappen. Die Dicke der Verbundmaterialmatte kann je nach Flächengewicht und gewünschtem Verdichtungsgrad vor der Verformung beispielsweise zwischen 1 und 5 mm betragen. Abhängig ist sie auch von den absoluten Abmaßen des Rahmens, der Geometrie, der Größe der Aussparung und der Steifigkeitsanforderungen. Die Verbindung der einzelnen Rahmenstücke erfolgt über einen Matrixverbund nach dem Aufschmelzen und anschließendem Aushärten bzw. der Polymerisation des Bindemittels. Sie werden dabei miteinander verschmolzen und dadurch „verklebt”.
- Die Verbundmaterialmatte kann bereits einen Bindemittelanteil enthalten, oder das Bindemittel wird während des Herstellungsvorgangs aufgebracht, beispielsweise durch Sprühen oder Eintauchen in ein Bad. Das Zuschneiden der Verbundmaterialmatte kann beispielsweise durch Stanzen erfolgen, wobei auch noch ein nachträglicher Beschnitt nach dem Formen des Versteifungsrahmens, beispielsweise durch Stanzen oder Wasserstrahlschneiden, möglich ist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dem Werkstück vor und/oder während des Pressformens Wärme zugeführt werden. Das Aufheizen der Verbundmatte kann beispielsweise durch Kontaktheizung, IR-Strahler, Umluft oder auf andere Weise erfolgen.
- Der Versteifungsrahmen kann an dem bereits geformten Dachhimmel mittels Klebstoff befestigt oder in Formpressverfahren des Dachhimmels als Einleger mit angeformt werden. Dabei ist es möglich, den Versteifungsrahmen zunächst separat herzustellen und anschließend an den Dachhimmel anzuformen. Es ist auch denkbar, nur die Rahmenstücke des Versteifungsrahmens gemeinsam mit dem Dachhimmelrohling in ein Presswerkzeug einzulegen und gleichzeitig den Dachhimmel durch Pressformen in eine vorgegebene Form zu bringen und die Rahmenstücke zu verpressen und miteinander zu verschmelzen, so dass der Versteifungsrahmen hergestellt und gleichzeitig an den Dachhimmel angeformt wird.
- Wie oben erläutert, kann der Versteifungsrahmen erweitert werden, um zusätzliche Aussparungen am Dachhimmel zu versteifen oder als Aufnahme für Anbauteile zu dienen. Hierzu können beispielsweise zusätzliche Bestreifen des Verbundswerkstoffs in das Formgebungswerkzeug eingelegt und mit angeformt werden.
- Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren weiter erläutert. In den Figuren zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug mit einem Dachhimmel und einem Versteifungsrahmen; und -
2 eine Schnittdarstellung durch einen Teil des Dachhimmels mit Versteifungsrahmen der1 entlang der Linie A-A. -
1 zeigt einen Dachhimmel10 für ein Kraftfahrzeug mit einer Öffnung12 , welche im eingebautem Zustand des Dachhimmels ein Schiebe- oder Panoramafenster eingrenzt. Die Öffnung12 ist von einem Versteifungsrahmen14 eingefasst und stabilisiert. An den Versteifungsrahmen14 ist ein zusätzlicher Versteifungsrahmen16 für eine Frontkonsole angeformt.1 zeigt darüber hinaus Befestigungselemente18 zur Befestigung des Dachhimmels10 an der Innenseite eines Fahrzeugdaches. - Der Aufbau des Dachhimmels
10 und des Versteifungsrahmens14 ist mit weiteren Einzelheiten in der Schnittdarstellung der2 gezeigt. Der Dachhimmel10 ist als Sandwich mit einer Kernschicht20 und einer Deck- oder Dekorschicht22 aufgebaut. Die Kernschicht20 kann eine Schaumschicht, z. B. eine PU-Schaumschicht, sein und die Deckschicht22 kann eine Textilschicht oder eine andere faserverstärkte Deckschicht sein. Vorzugsweise wird eine naturfaserverstärkte Deckschicht verwendet. - Der Dachhimmel
10 ist an seinen Rändern, an der Öffnung12 , nach oben gebogen und durch den Versteifungsrahmen14 verstärkt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Deckschicht22 um den Rand der Kernschicht10 und des Versteifungsrahmens14 gelegt, um einen sauberen Abschluss zu bilden. Der Versteifungsrahmen14 folgt der Kontur des Dachhimmels10 und weist beispielsweise ein U- oder L-Profil auf. Er liegt flächig an dem Dachhimmel10 an. Eine zusätzliche Profilierung zur Versteifung des Versteifungsrahmens kann vorgesehen sein. - Hinsichtlich der Materialien für den Versteifungsrahmen
14 , seiner Herstellung sowie seiner Verbindung mit dem Dachhimmel10 wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Dachhimmel
- 12
- Öffnung
- 14
- Versteifungsrahmen
- 16
- Versteifungsrahmen
- 18
- Befestigungselemente
- 20
- Kernschicht
- 22
- Deck- oder Dekorschicht
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 20313770 U1 [0002]
- US 7942475 B2 [0003]
Claims (20)
- Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug mit einem Schiebe- oder Panoramadach, die einen Dachhimmel (
10 ) und einen Versteifungsrahmen (14 ) aufweist, der an dem Dachhimmel (10 ) befestigt ist und eine Öffnung (12 ) in dem Dachhimmel (10 ), die das Schiebe- oder Panoramafenster eingrenzt, einfasst und stabilisiert, wobei der Dachhimmel (10 ) in mehreren Schichten aufgebaut ist, die mindestens eine Kernschicht (20 ) und eine Deckschicht (22 ) umfassen, und wobei der Versteifungsrahmen (14 ) aus einem faserverstärkten Verbundmaterial hergestellt ist, das organische synthetische Polymerfasern, Kohlefasern oder Naturfasern oder Mischungen dieser Fasern und ein Bindemittel aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Material enthält, wobei das Flächengewicht und die Biegesteifigkeit des Versteifungsrahmens (14 ) größer sind als die des Dachhimmelaufbaus, vorzugsweise um mindestens 50% größer. - Innenverkleidung nach Anspruch 1, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) durch Pressformen des faserverstärkten Verbundmaterials als ein kompaktes Bauteil hergestellt ist - Innenverkleidung nach Anspruch 2, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) aus mehreren Rahmenstücken zusammengesetzt ist, die während des Pressformens miteinander verschmolzen werden. - Innenverkleidung nach Anspruch 3, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) aus vier Rahmenstücken zusammengesetzt ist, welche die vier Seiten des Rahmens bilden und an den Ecken des Versteifungsrahmens (14 ) miteinander verschmolzen sind. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kernschicht (
20 ) des Dachhimmels (10 ) aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Material hergestellt ist, insbesondere als Schaumschicht, spezieller als PU-Schaumschicht, und auf eine oder beide Seiten der Kernschicht (20 ) eine faserverstärkte Deckschicht (22 ), insbesondere eine naturfaserverstärkte Deckschicht (22 ), aufgebracht ist. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dachhimmel (
10 ) ein Leichtbaudachhimmel mit einem Flächengewicht in der Größenordnung von 500 bis 700 g/m2 ist und der Versteifungsrahmen (14 ) ein etwa mindestens doppelt so hohes Flächengewicht hat. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, das Kohlefasern und Epoxydharz als Bindemittel enthält. - Innenverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, das Naturfasern und Acrylat als Bindemittel enthält. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbundwerkstoff des Versteifungsrahmens (
14 ) ein Mischungsverhältnis von Fasern und Bindemittel von etwa 60:40 bis etwa 80:20, insbesondere von etwa 70:30 bis 80:20 aufweist. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbundmaterial des der Versteifungsrahmens (
14 ) – eine Naturfasermatte, insbesondere aus Hanf, Kenaf, Flachs, Sisal, Jute, Holz oder Mischungen hiervon, und – ein duroplastisches Bindemittel, insbesondere Epoxyd, Acrylat, Phenol, Polyurethan oder ungesättigter Polyester, das in flüssiger oder Pulverform auf und/oder in die Fasermatte auf- bzw. eingebracht ist, oder – ein thermoplastisches Bindemittel, insbesondere ein Biopolymer, wie PLA, Polyester oder PA, das in Form thermoplastischer Bindefasern in die Fasermatte eingebracht ist, enthält. - Innenverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verbundmaterial des der Versteifungsrahmens (
14 ) – ein Polymerfasermaterial aus organischen, synthetischen Polymerfasern, insbesondere aus Polyester, Kohle, Aramid oder Kevlar, und – ein duroplastisches Bindemittel, insbesondere ein Harz, das in flüssiger oder Pulverform auf und/oder in das Polymerfasermaterial auf- bzw. eingebracht ist, enthält. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) Einlegeteile, insbesondere aus Metall oder aus demselben Verbundwerkstoff, aufweist. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an den Versteifungsrahmen (
14 ) Anbauteile (16 ), wie Befestigungselemente, zusätzliche Versteifungsrahmen und Tragstrukturen, angeformt sind. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) an den Dachhimmel (10 ) angeformt oder angeklebt ist. - Innenverkleidung nach einem der Ansprüche 6, 7, 10 und 11, wobei das Verbundmaterial des Versteifungsrahmens (
14 ) nur die genannten Materialien enthält. - Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsrahmen (
14 ) und der Dachhimmel (10 ) aus den gleichen Materialien hergestellt sind. - Verfahren zum Herstellen einer Innenverkleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten: Zuschneiden einer Verbundmaterialmatte zur Bildung von Rahmenstücken, welche Teile des Rahmens bilden, wobei das Bindemittel vor oder nach dem Zuschnitt in die Verbundmaterialmatte eingebracht wird, Einlegen der Rahmenstücke in ein Presswerkzeug, so dass sich die Rahmenstücke überlappen, Pressformen der Rahmenstücke, um den Versteifungsrahmen (
14 ) in eine vorgegebene Form zu bringen und die Rahmenstücke miteinander zu verschmelzen, und Verbinden des Versteifungsrahmens (14 ) mit dem Dachhimmel (10 ). - Verfahren nach Anspruch 17, wobei vor und/oder während des Pressformens den Rahmenstücken Wärme zugeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der geformte Versteifungsrahmen (
14 ) und ein Dachhimmelrohling in ein zweites Presswerkzeug eingelegt werden und der Dachhimmel (10 ) durch Pressformen in eine vorgegebenen Form gebracht wird, wobei während des Pressvorgangs, mit dem der Dachhimmel (10 ) geformt wird, der Versteifungsrahmen (14 ) an den Dachhimmel (10 ) angeformt wird. - Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Rahmenstücke des Versteifungsrahmens (
14 ) gemeinsam mit einem Dachhimmelrohling in das Presswerkzeug eingelegt werden und der Dachhimmel (10 ) durch Pressformen in eine vorgegebenen Form gebracht wird, wobei während des Pressvorgangs, mit dem der Dachhimmel (10 ) geformt wird, der die Rahmenstücke miteinander verschmolzen werden und der Versteifungsrahmen (14 ) an den Dachhimmel (10 ) angeformt wird.
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