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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Fertigungsverfahren zur Herstellung sichtseitig verschiedenartiger Sandwichbauteile, eine Vorrichtung zur Herstellung des Sandwichbauteils und ein damit herstellbares Sandwichbauteil.
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Leichtbauweise im Automobilbau dient der Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der damit verbundenen Kohlendioxidemissionen. Zunehmend kommen Bauteile mit Sandwichstruktur zum Einsatz, die aufgrund der geringen Dichte des Kernmaterials ein deutlich verringertes Gewicht gegenüber herkömmlichen Bauteilen und ausreichende Festigkeitswerte durch eine geeignete Decklagenmaterialauswahl bieten können. Weitere Vorteile solcher Sandwichstrukturen liegen in ihren thermischen und akustischen Eigenschaften.
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Aus der
DE 10 2010 005 456 A1 ist ein Sandwichbauteil bekannt, das einen Wabenkern aus einem zellulosebasierten Material und faserverstärkte thermoplastische Deckschichten umfasst. Dabei sind die Stege des Wabenkerns an ihren Anschlussstellen zu der Deckschicht in die thermoplastische Kunststoffmatrix der Deckschicht aufgenommen, wodurch der Verbund des Sandwichbauteils hergestellt wird. Die Herstellung eines solchen Sandwichbauteils erfolgt durch Positionieren der aufeinander angeordneten Sandwichlagen in einem Presswerkzeug, in dem die Anordnung erwärmt wird, wodurch die thermoplastische Matrix unter dem im Presswerkzeug herrschenden Druck zumindest teilweise aufgeschmolzen wird, so dass die Stege des Wabenkerns in die Deckschicht aufgenommen werden.
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Aus der
EP 0 787 578 A2 ist ebenfalls ein mehrlagiges Bauelement bekannt, das aus einem durch eine Wabenanordnung gebildeten Stützkörper besteht, der mit faserverstärkten thermoplastischen Deckschichten verbunden ist. Zur Herstellung des Bauelementes wird auf den Stützkörper ein faserförmiger Tragkörper, auf den thermoplastischer Kunststoff flüssig, pulver- oder pastenförmig oder als Folie oder Vlies aufgebracht und gegebenenfalls bis zur Zähflüssigkeit erhitzt worden ist, aufgelegt und aufgepresst. Nach Abkühlen und ausreichendem Erstarren kann das Bauelement aus der Form entnommen werden.
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Zur Variation des Oberflächendesigns kann in beiden Fällen die Deckschicht mit einer Decklage bzw. Dekorschicht nach außen abschließen, die die Sichtoberfläche des Bauteils bildet.
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Handelt es sich bei den Sandwichbauteilen um Karosseriebauteile wie etwa ein Dachsegment, so wird die Decklage häufig durch eine der Karosserielackierung entsprechende Folie als Außenhaut gebildet. Ferner können als Deck- oder Dekorlagen textile Gebilde eingesetzt werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges und variables Herstellungsverfahren für Sandwichbauteile zu schaffen, die sich an der Sichtseite zumindest hinsichtlich ihrer Oberflächenstruktur unterscheiden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Sandwichbauteilen mit unterschiedlicher Außenhautgestaltung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
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Schließlich wird mit den Merkmalen des Anspruchs 10 ein Sandwichbauteil offenbart, das in der Sichtoberfläche dekorative Vertiefungen aufweist, ohne dass die Sandwichstruktur aus Wabenkernlage und faserverstärkter thermoplastischer Deckschicht beeinträchtigt wird, oder sich an der Oberfläche abzeichnet.
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Mit dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Fertigungsverfahren werden sichtseitig verschiedenartige Sandwichbauteile in einem einzigen Formpresswerkzeug hergestellt. Die Sandwichbauteile haben eine Wabenkernlage und zumindest eine damit verbundene faserverstärkte thermoplastische Deckschicht, deren Sichtseite durch eine Dekorlage gebildet wird, die über eine Schaumlage mit einer der Deckschichten des Sandwichbauteils verbunden ist.
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Das Herstellungsverfahren für die Sandwichbauteile umfasst, nachdem aus der Wabenkernlage und der/den Deckschicht bildenden thermoplastische(n) Fasermateriallage(n) eine Sandwichanordnung gebildet wurde, das (a) Erwärmen der Sandwichanordnung, bis das thermoplastische Material der Fasermateriallage zumindest zu fließen beginnt. Das Erwärmen erfolgt vorzugsweise in einem Heizwerkzeug, etwa einer Heißpresse, so dass der dabei erzeugte Pressdruck ein Anhaften der thermoplastischen Fasermateriallagen an dem Wabenkern bewirkt. Die Erwärmungstemperatur der Heißpresse liegt dabei üblicherweise bei oder oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffs der Deckschicht, so dass die Sandwichanordnung auf eine Temperatur erhitzt wird, die in dem Bereich zwischen der Glasübergangstemperatur und der Schmelztemperatur des Thermoplasten liegt. Dann kann dieser zumindest an den Stellen, an denen die Fasermateriallagen auf den Stegen des Wabenkerns aufliegen, unter dem Druck in der Heißpresse anschmelzen. Gegebenenfalls kann durch weiteres Erwärmen auch der gesamte Matrixkunststoff in einen fließfähigen Zustand bzw. Schmelzzustand überführt werden. Durch das zumindest teilweise Anschmelzen der thermoplastischen Kunststoffmatrix wird ein guter Verbund zwischen Wabenkern und Deckschicht erreicht, indem die Endkanten der Wabenstege von dem thermoplastischen Matrixmaterial der Deckschicht aufgenommen werden.
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„Kontinuierlich” meint vorliegend im Übrigen, dass die Fertigungsvorrichtung, respektive das Formpresswerkzeug einen Schließzyklus nach dem anderen ausführen und dabei beliebig viele unterschiedliche Sandwichbauteile fertigen kann, ohne dass hierbei Rüstzeiten oder Ähnliches an der Vorrichtung anfielen. Und „Sichtseite” meint die Seite des Bauteils, die zu sehen ist, wenn das Bauteil endgültig am Fahrzeug verbaut ist.
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Im nächsten Verfahrensschritt (b) wird eine Dekorlage, die zur Ausbildung der Sichtseite vorgesehen ist, mit Schaumlage auf der erwärmten Sandwichanordnung so angeordnet, dass die Schaumlage zu der Deckschicht weist. Dabei sorgt der noch zähflüssige Thermoplast der Deckschicht für Haftung. Bevor diese mit der Dekorlage ausgestattete Sandwichanordnung in das Formpresswerkzeug überführt wird, wird/werden (c0) dessen Formoberfläche(n) an die Oberflächenstruktur angepasst, die für die Sichtseite des gerade im Herstellungsprozess befindlichen Sandwichbauteils vorgesehen ist. Dazu werden eine oder mehrere Formschablone(n) an einer oder beiden Basisformoberfläche(n) des Formpresswerkzeugs angeordnet und so die angepasste(n) Formoberfläche(n) bereitgestellt, oder es werden die Formschablone(n) wieder von der/den Basisformoberfläche(n) entfernt bzw. ausgetauscht. Die erwärmte Sandwichanordnung wird (c) in dem unbeheizten Formpresswerkzeug so positioniert, dass die die Schaumlage aufweisende Dekorlage an der zur Ausbildung der Sichtseite vorgesehenen Formoberfläche zu liegen kommt. Es folgt (d) das Formpressen der erwärmten Sandwichanordnung mit der die Schaumlage aufweisenden Dekorlage zu dem Sandwichbauteil bei gleichzeitigem Abkühlen und damit Konsolidierung des thermoplastischen Materials und Herstellung des Verbunds. Das fertige Sandwichbauteil, das die vorgesehene Oberflächenstruktur an der Sichtseite aufweist, kann dann (e) entformt werden.
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Mit diesem Verfahren können Sandwichbauteile in einfacher und kostengünstiger Weise mit unterschiedlich ausgeführten Oberflächenstrukturen an der Sichtseite hergestellt werden. Bestehende Werkzeuganlagen können genutzt werden, wobei die Formoberflächen einfach durch Einlegen von Formschablonen variiert werden können. Das Einlegen bzw. Entfernen der Formschablonen für ein nächstes herzustellendes Sandwichbauteil kann mit dem Entformen des zuvor hergestellten Sandwichbauteils synchronisiert werden.
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Das Herstellungsverfahren ermöglicht durch die Verwendung einer Schaumlage zum einen die kostengünstige in situ Kaschierung des Sandwichbauteils, um die Abzeichnung von Oberflächenfehlern an der Dekorlage zu verhindern, und zum anderen das Anformen von flächigen 3-D-Strukturen in die durch die Dekorlage bereitgestellte Sichtoberfläche und eröffnet so neue Designmöglichkeiten ohne aufwändiges Umrüsten der Herstellungsanlage.
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So kann die Dekorlage eines ersten Sandwichbauteils entsprechend einer ersten Oberflächenstruktur durch eine erste Formoberfläche des Formpresswerkzeugs geformt werden, die durch die Basisformoberfläche ohne Formschablone gebildet wird. Die Dekorlage eines zweiten Sandwichbauteils kann dann entsprechend einer zweiten Oberflächenstruktur durch eine zweite Formoberfläche des Formpresswerkzeugs geformt werden, die durch eine oder mehrere auf der/den Basisformoberfläche(n) angeordnete(n) Formschablone(n) gebildet wird. Während im ersten Fall ein Sandwichbauteil mit ebener Dekorlage geschaffen werden kann, ermöglichen die Formschablonen das Ausbilden entsprechender flächiger Vertiefungen in der Dekorlage.
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So können die Oberflächenstrukturen nicht nur hinsichtlich der Farbe und des Materials der Dekorlage variiert werden, sondern durch unterschiedliche Formschablonen mit verschiedenen 3-D-Strukturen versehen werden. Im Herstellungsverfahren für weitere Sandwichbauteile können somit weitere Formschablonen, die andere Oberflächenstrukturen für die Sandwichbauteile vorsehen, an der oder den Basisformoberflächen zur Bildung weiterer Formoberflächen des Formpresswerkszeugs angeordnet werden.
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Je nach Art des stoffschlüssigen Verbunds zwischen der Schaumlage und der Deckschicht bzw. der Schaumlage und der Dekorlage kann das Verfahren vor (b) das Anordnen einer Kleberschicht zwischen der Schaumlage und der Dekorlage umfassen. Die Schaumlage kann aber auch vorab auf die Dekorlage laminiert werden, so dass hier ein Schaum-Dekor-Laminat zur Anordnung auf dem aufgeheizten Sandwichhalbzeug vorliegt. Gegebenenfalls kann auch eine Kleberschicht zwischen der Schaumlage und der Deckschicht vorgesehen sein, allerdings ist es vorteilhafter, den stoffschlüssigen Verbund zwischen der Schaumlage und der Deckschicht durch den Matrixthermoplasten der Deckschicht der aufgeheizten Sandwichanordnung bilden zu lassen. Besteht auch die Schaumlage aus thermoplastischem Material, kann ferner vorgesehen sein, dass die Schaumlage vor (b) bis zur Erweichung des thermoplastischen Materials erwärmt wird, so dass das thermoplastische Material der Schaumlage haftend wird und den stoffschlüssigen Verbund mit der Dekorlage und der Deckschicht ausbilden kann.
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Ist eine thermoplastische Zwischenschicht im Sandwichaufbau vorgesehen, so erfolgt vor Schritt a) das Anordnen der thermoplastischen Zwischenlage, bei der es sich bevorzugt um eine Thermoplastfolie handeln kann, zwischen der Wabenkernlage und der die Deckschicht bildende thermoplastischen Fasermateriallage. Auch hierbei wird durch das zumindest teilweise Anschmelzen der thermoplastischen Kunststoffmatrix ein guter Verbund zwischen Wabenkern und Deckschicht erreicht, wobei hier nun die Endkanten der Wabenstege von dem thermoplastischen Matrixmaterial der Zwischenschicht aufgenommen werden, die die stoffschlüssige Verbindung zwischen Wabenkern und Deckschicht vermittelt und gleichzeitig das Eindringen von Fasermaterial in die Wabenhohlräume und damit die Verringerung des Faseranteils in der Deckschicht verhindert.
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Eine weitere Variation der Oberflächenstruktur der Sichtseite des Sandwichbauteils kann durch die Auswahl der Dekorlage ermöglicht werden: Hierfür können neben Folien, die dem Sandwichbauteil ein lackiertes Erscheinungsbild verleihen, und Textillagen insbesondere zwei- oder mehrlagige Verdeckstoffe verwendet werden, die eine Variation nicht nur der Optik sondern auch der Haptik der Sichtseite des Bauteils ermöglichen. Verdeckstoffe gestatten auch ein textiles Erscheinungsbild des Bauteils im Exterieurbereich, da sie entsprechend licht- und wetterfest ausgeführt sind.
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Beispiele für zweilagige Verdeckmaterialien sind Baumwoll-Trägergewebe mit kunststoffbeschichteter Außenseite, in die auch eine Textil- oder Lederstruktur eingeprägt sein kann. Einfache dreilagige Verdeckmaterialien umfassen Baumwoll-Unterstoff, Gummi-Zwischenschicht und Oberstoff aus Baumwoll-Mischgewebe. Ein langlebiges hochwertiges dreilagiges Verdeckmaterial („Sonnenland” von Eurotop, Nürtingen) weist einen hochlichtechten Oberstoff aus gewebten Polyacrylnitril-Fasern und eine Butylkautschuk-Zwischengummierung auf.
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Wenn eine Wabenkernlage aus einem zellulosebasierten Material eingesetzt wird, kann ferner vorgesehen sein, dass, insbesondere wenn höhere Umformgrade bei der Formgebung zum Sandwichbauteil vorliegen, die Wabenkernlage entsprechend der Bauteilform unter Druck- und Temperatureinwirkung vor der Anordnung der thermoplastischen Fasermateriallagen vorgeformt wird, nachdem sie befeuchtet wurde, um die Umformbarkeit des zellulosebasierten Materials zu verbessern. Ein solches Befeuchten kann vorzugsweise einfach mit Wasser durch Besprühen oder Bedampfen erfolgen, während das Vorformen der Wabenkernlage in einem Presswerkzeug unter Druckausübung und Wärmeeinwirkung (in einem Bereich von 40°C bis 200°C) stattfinden kann. Nach Bildung der Sandwichanordnung des vorgeformten Wabenkerns mit den Fasermateriallagen (und gegebenenfalls thermoplastischen Zwischenlagen) folgen dann die weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritte.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Herstellung von unterschiedlichen Sandwichbauteilen, die eine Wabenkernlage, zumindest eine damit verbundene faserverstärkte thermoplastische Deckschicht und eine zumindest auf der Sichtseite des Sandwichbauteils auf der Deckschicht angeordneten Dekorlage aufweisen. Dazu umfasst die Vorrichtung neben einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des thermoplastischen Materials der Fasermateriallage der Sandwichanordnung ein Formpresswerkzeug zum Formpressen der Sandwichanordnung zu dem Sandwichbauteil. Weiterhin sind Förder- und/oder Handlingsvorrichtungen vorgesehen, um die Wabenkernlage, die Deckschicht bildenden Fasermateriallagen und die Dekorlage zu der Sandwichanordnung anzuordnen und von und zu der Heizvorrichtung sowie dem Formpresswerkzeug zu transportieren. Damit mit der Vorrichtung Sandwichbauteile hergestellt werden können, die sich zumindest hinsichtlich der Oberflächenstruktur der Sichtseite unterscheiden, weist die Vorrichtung eine oder mehrere auf zumindest einer Basisformoberfläche des Formpresswerkzeugs anordenbare Formschablone(n) auf. Die Basisformoberfläche(n) stellt/stellen eine erste Formoberfläche zur Ausbildung der Sichtseite eines ersten Sandwichbauteils bereit, und durch die auf der/den Basisformoberfläche(n) angeordnete(n) Formschablone(n) wird zumindest eine zweite Formoberfläche zur Ausbildung der Sichtseite eines zweiten Sandwichbauteils bereitgestellt.
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Ferner kann die Vorrichtung noch weitere Formschablonen aufweisen, mit denen bei Anordnung auf der/den Basisformoberfläche(n) weitere Formoberflächen zur Ausbildung der Sichtseite weiterer Sandwichbauteile bereitgestellt werden können.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Formschablone(n) zumindest einen Abschnitt der Basisformoberfläche überdeckt/überdecken.
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Um das Anordnen und Entfernen der Formschablone(n) in das und aus dem Formpresswerkzeug zu automatisieren, kann die Vorrichtung eine Platzierungsvorrichtung umfassen, die die Formschablone(n) aufnehmen und zwischen einem Aufbewahrungsort außerhalb des Formpresswerkzeugs und der vorgesehenen Platzierung innerhalb des Formpresswerkzeugs bewegen kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Formpresswerkzeug an der/den Basisformoberfläche(n) Mittel zur exakten Positionierung und/oder lösbaren Halterung der Formschablone(n) aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Sandwichbauteil weist eine Wabenkernlage und einseitig oder beidseitig davon eine faserverstärkte thermoplastische Deckschicht auf, die mittels eines thermoplastischen Materials, bei dem es sich um den Thermoplasten der Deckschicht oder ein zusätzlich eingebrachtes thermoplastisches Material handeln kann, mit der Wabenkernlage verbunden ist. Das Sandwichbauteil weist zumindest auf der Sichtseite eine auf der Deckschicht angeordnete Dekorlage auf, die durch eine Schaumlage von der Deckschicht beabstandet ist. Eine in die durch die Dekorlage gebildete Sichtoberfläche eingebrachte flächige Vertiefung (es können auch mehrere Vertiefungen vorgesehen sein) weist eine Tiefe auf, die kleiner als die Dicke der Schaumlage ist, die in dem Abschnitt, der der Vertiefung entspricht, gestaucht vorliegt. Das Einbringen von geformten 3-D-Strukturen in die Sichtoberfläche wird durch die stauchbare, stoffschlüssig mit der Deckschicht und der Dekorlage verbundene Schaumlage ermöglicht, die zusätzlich verhindert, dass sich im Herstellungsprozess entstehende Fehlstellen des Wabenkerns an der Oberfläche durch die Dekorlage abzeichnen. Je nach Anforderungen kann das Sandwichbauteil nur einseitig, nämlich auf der Sichtseite mit einer Dekorlage und der darunter liegenden Schaumlage versehen sein, es kann aber auch auf beiden Seiten mit Dekorlagen ausgestattet sein, von denen eine (die Sichtseite) oder beide durch eine Schaumlage von der Deckschicht getrennt sind.
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Die Schaumlage kann, etwa um die stoffschlüssige Verbindung mit der faserverstärkten thermoplastischen Deckschicht zu fördern, aus einem geschäumten thermoplastischen Kunststoff bestehen. Es können Polyolefine wie Polypropylen und Polyethylen verwendet werden. Alternativ können auch Polyurethanschäume die Schaumlage bilden.
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Handelt es sich bei dem Sandwichbauteil um ein Karosseriebauteil, bei dem die Sichtseite die Außenhaut bildet, kann als Dekorlage eine die Lackierung ersetzende Folie oder, um eine textile Anmutung zu erreichen, ein wetterfester und lichtechter zwei- oder mehrlagiger Verdeckstoff verwendet werden, die zur Herstellung von Cabriodächern eingesetzt werden. Bei den erfindungsgemäß hergestellten Sandwichbauteilen kann es sich beispielsweise um Dachmodule handeln, die bei einer modularen Bauweise von Fahrzeugdachsystemen eine große Anzahl an Designvarianten hinsichtlich farblicher Gestaltung, Textur und 3-D-Form ermöglichen.
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Diese 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.
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Dabei zeigen:
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1 eine in schematischen Schnittansichten der Werkzeuge dargestellte Schrittfolge a) bis e) einer ersten Verfahrensvariante,
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2 eine in schematischen Schnittansichten der Werkzeuge dargestellte alternative Schrittfolge c0) bis e) einer zweiten Verfahrensvariante,
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3 eine Abbildung einer Schnittansicht durch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Sandwichbauteils,
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4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sandwichbauteils.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Sandwichbauteile hergestellt werden, die neben dem Wabenkern und den faserverstärkten thermoplastischen Deckschichten zumindest eine Dekorlage auf der Sichtseite jedes Bauteils umfassen. Das Herstellungsverfahren gestattet dabei die kostengünstige Ausführung der Sandwichbauteile, die sich zumindest hinsichtlich ihrer Oberflächenstruktur an der Sichtseite unterscheiden können, so dass bei der Serienfertigung von Kraftfahrzeugbauteilen verschiedene Designvorgaben einfach im gleichen Werkzeug umgesetzt werden können. Damit eine oder mehrere als Oberflächenstruktur eingebrachte(n) Vertiefung(en) nicht die stabilitätsverleihende Struktur des Wabenkerns beschädigen, wird eine Schaumlage zwischen der entsprechenden Dekorlage und der Sandwichdeckschicht eingesetzt. Weiter hilft diese Schaumlage zur Kaschierung von Oberflächenfehlern.
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Der Herstellungsprozess ist in 1 gezeigt, 2 zeigt eine Prozessvariante zur Erzielung einer anderen Oberflächenstruktur.
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In Schritt a) wird eine Mehrlagenanordnung aus faserverstärkten Thermoplastlagen 3 zur Bildung der Deckschichten und der dazwischen angeordneten Wabenkernlage 4 in einem Heizwerkzeug 30, z. B. einer Heißpresse erhitzt. Als faserverstärkte Thermoplastlagen 3 kommen z. B. Organobleche oder Hybridtextilien aus Verstärkungs- und Matrixfasern in Frage, als Wabenkernlage 4 können aus Kosten- und Gewichtsgründen zellulosebasierte Wabenkerne 4 bevorzugt werden. Die Bezeichnung „Wabe” soll die Struktur des Wabenkerns nicht beschränkend bezeichnen, sondern meint eine aus Stegen aufgebaute Struktur mit geringer Dichte und hoher Steifigkeit. Geeignete Wabenkernstrukturen umfassen die hexagonalen typischen „Bienenwabenstrukturen” genauso wie wellenförmige, kreisförmige, rauten- oder rechteckförmige Faltstrukturen, sowie unregelmäßig gestaltete, „organisch” anmutende Strukturen. Als zellulosebasiertes Material für den Wabenkern kommt unter anderem Papier und Karton in Frage.
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Die Verstärkungsfasern der faserverstärkten Thermoplastlagen 3 zur Bildung der Deckschicht können in Form von Vlies, Wirrvlies oder Fasermatten mit gerichteten Fasern, Geweben, Gestricken, Gelegen, sowohl unidirektional als auch mehrdirektional vorliegen. Die Verstärkungsfasern können plattenförmig in einer Thermoplastmatrix vorkonsolidiert sein, bei dieser Halbzeugart spricht man auch von Organoblechen. Ferner ist auch die Verwendung eines Hybridgarns oder Hybridtextils denkbar, so dass ein Faserhalbzeug verwendet wird, das thermoplastische Fasern enthält, die die Matrix bilden, sowie Verstärkungsfasern. Bei den Verstärkungsfasern handelt es sich dabei um Naturfasern, Glasfasern, Carbonfasern, Polymer-, insbesondere Aramidfasern, es können aber auch Kombinationen verschiedener Fasern verwendet werden.
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Die Mehrlagenanordnung kann ferner eine Thermoplastfolie als Zwischenlage zwischen den faserverstärkten Thermoplastlagen 3 und dem Wabenkern 4 zur Verbesserung der Deckschichtanbindung umfassen. Besonders geeignet sind hierbei Folien aus Thermoplasten, deren Schmelzeigenschaften jenen des thermoplastischen Matrixmaterials der Deckschicht entsprechen, so dass sich die Zwischenschicht gleichzeitig stoffschlüssig mit der Deckschicht verbindet und die Anbindung an die Wabenkernlage schafft. Der Folienthermoplast und die Thermoplastmatrix der Deckschicht können das gleiche thermoplastische Material sein. Es kommen Thermoplasten wie beispielsweise Polyamide, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polypropylen oder andere Polyolefine in Frage.
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Im Heizwerkzeug 30 erfolgt eine Beaufschlagung mit Temperatur, die von der Art des oder der verwendeten Thermoplasten abhängig ist und bei der dieser zumindest erweicht, bevorzugt angeschmolzen wird, so dass die deckschichtbildenden Faserlagen 3 mittels des Matrixthermoplasten oder des Thermoplasten der Zwischenschicht an dem Wabenkern 4 haften.
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Das so erzeugte und noch erhitzte Sandwichhalbzeug aus Wabenkern 4 und Deckschichten 3 (und gegebenenfalls den dazwischen liegenden Thermoplastfolien) kann nach Öffnen des Heizwerkzeugs 30 in Schritt b) entnommen und in das formgebende Presswerkzeug 20 überführt werden, wobei die Anordnung der Dekorlagen 1 auf den entsprechenden Seiten des aufgeheizten Sandwichhalbzeugs 3, 4 in Bezug zu der Bauteilform erfolgt (Schritt c). Gegebenenfalls kann, anders als dargestellt, vorgesehen sein, nur die Sichtseite des Bauteils mit einer Dekorlage 1 zu kaschieren.
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Zwischen der die Sichtseite des Bauteils bildenden Dekorlage 1 und der Deckschicht 3 wird eine Schaumlage 2 integriert, um eine gute Oberflächenqualität der Sichtseite zu erhalten. Diese Schaumlage 2 kann bereits mit der Dekorlage 1 laminiert sein. Die Schaumlage 2 kann aber auch separat zugeführt werden. So erfolgt bei der Überführung des aufgeheizten Sandwichhalbzeugs 3, 4 zunächst die Anordnung der Schaumlage(n), ehe die Dekorlage(n) aufgelegt werden.
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Die Schaumlage 2 haftet durch den infolge der Erwärmung fließfähigen Matrixkunststoff an der Deckschicht 3. Zur Verbindung mit der Dekorlage 1 kann eine Schaumlage 2, die aus einem geschäumten Thermoplasten bestehen kann, ebenfalls erwärmt werden. Dies kann gegebenenfalls zusammen mit dem Sandwichhalbzeug 3, 4 oder separat erfolgen, um nicht nur die stoffliche Verbindung zur thermoplastischen Matrix der Deckschicht 3 sondern auch zur Dekorlage 1 zu ermöglichen. Allerdings sollte dabei die Schaumlage lediglich erweichen und adhäsiv werden, nicht aber schmelzen, um nicht die Schaumstruktur zu verlieren. Alternativ kann die Schaumlage 2 durch eine zusätzliche Kleberschicht mit der Dekorlage 1 und gegebenenfalls auch mit der Deckschicht 3 verbunden werden. In diesem Fall können auch andere Materialien als Thermoplasten, beispielsweise Polyurethans, für die Schaumlage verwendet werden.
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Für eine Schaumlage 2 aus einem Thermoplasten kann entsprechend der thermoplastischen Zwischenfolie ein Thermoplast gewählt werden, dessen Schmelzeigenschaften jenen des thermoplastischen Matrixmaterials der Deckschicht entsprechen, so dass sich die Schaumlage bei Erwärmung mit der Deckschicht verbinden kann. So kann auch die Schaumlage aus einem Thermoplasten wie Polyamide, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polypropylen, Polyethylen oder andere Polyolefine gefertigt werden. Der Thermoplast zur Bildung der Schaumlage kann auch hinsichtlich seiner Schmelzeigenschaften so gewählt werden, dass er im Vergleich zu dem Thermoplasten der Deckschicht eine höhere Schmelz- bzw. Glasübergangstemperatur aufweist, um zu vermeiden, dass die Schaumlage in Kontakt mit dem aufgeheizten Sandwichhalbzeug ihre Schaumstruktur verliert.
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Das formgebende Presswerkzeug 20 ist in 1 mit den Basisformoberflächen 22 ohne Formschablonen 21, wie in Schritt c0) in 2 gezeigt wird, zu sehen, so dass beim Schließen des Werkzeugs 20 die Sandwichanordnung zu dem gewölbten Bauteil 10 mit einer gleichförmigen Kontur ohne Vertiefungen in der Sichtoberfläche geformt wird. Das Formpresswerkzeug 20 ist ferner unbeheizt, so dass gleichzeitig mit dem Formen die Verbundherstellung zwischen den Materiallagen durch das Abkühlen des Thermoplastmaterials erfolgt (Schritt d). Durch die Schaumlage 2 als Zwischenlage wird zum einen die Herstellung des Sandwichbauteils 10 mit kostengünstiger in situ Kaschierung ermöglicht, da insbesondere in den umzuformenden Bereichen entstehende Fehlstellen kaschiert werden, die durch die Umformung des Wabenkerns 4 bedingt sind. So können beispielsweise Abzeichnungen, entstanden durch Zellwandrisse des Wabenkerns, auf der Oberfläche kaschiert werden. Nach Öffnen des Formpresswerkzeugs 20 kann das fertige Bauteil 10 mit einer ersten Ausführungsform der Sichtseite entformt werden.
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In der in 2 gezeigten Prozessvariante zur Herstellung eines weiteren Sandwichbauteils 10 wird, um eine alternative Ausführungsform der Sichtseite mit einer angeformten Vertiefung S zu erzielen, vor der Überführung der Sandwichanordnung in das Formpresswerkzeug 20, eine Formschablone 21 auf einer Basisformoberfläche 22 des Formpresswerkzeugs 20 angeordnet (Schritt c0), wodurch das Formpresswerkzeug 20 eine andere Formoberfläche zur Formung der Sichtseite des Sandwichbauteils 10 bereitstellt. Nach dem Einlegen der Sandwichanordnung in Schritt c), wobei die mit der Schaumlage 2 unterfütterte Dekorlage 1 zur Formschablone 21 weist, wird im Schließzyklus des Formpresswerkzeugs 20 (Schritt d) das Sandwichbauteil geformt, kaschiert und konsolidiert. Das so hergestellte Bauteil 10 weist nach Entnahme aus dem Formpresswerkzeug 20 in Schritt e) eine flächige Vertiefung S in der Sichtoberfläche als Designelement auf. Die Schaumlage 2 verhindert dabei eine Beschädigung der Wabenkernlage 4.
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Zur Anordnung der verschiedenen Lagen des Sandwichbauteils in dem Heizwerkzeug 30 und zum Transport in das Presswerkzeug 20 sowie zur Anordnung und Entnahme der Formschablone 21 und für die Entnahme des fertigen Sandwichbauteils können verschiedene automatisierte Förder- und/oder Handlingsvorrichtungen (in 1 und 2 nicht dargestellt) eingesetzt werden.
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3 zeigt den Sandwichaufbau in einer schematischen Abbildung eines Schnitts durch ein erfindungsgemäß aufgebautes Sandwichmaterial. Die Sichtseite des Bauteils wird hier durch eine textile Dekorware 1 gebildet, unter der die kaschierende Schaumlage 2, z. B. aus Polyurethan, vorliegt, die durch ein thermoplastisches Faservlies der Deckschicht 3, hier Glasfasern in Polypropylen, von der Papierwabe 4 getrennt ist. Auf der Unterseite des Bauteils 10 sind an der Papierwabe 4 ein thermoplastisches Faservlies als Deckschicht 3 und eine weitere textile Dekorware 1, die die B-Seite bildet und sich von der textilen Dekorware der Sichtseite unterscheiden kann, angeordnet. Hier liegt zwischen der Deckschicht 3 und der B-Seiten-Dekorlage 1 keine Schaumlage vor; generell ist es aber möglich, beide Seiten des Sandwichs mit einer kaschierenden Schaumlage unter der Dekorlage zu versehen. Im Bereich der durch die Formschablone erzeugten Vertiefung S ist die Schaumlage 2 entsprechend gestaucht, der Wabenkern 4 bleibt unbeschädigt, der kostengünstig aus einem zellulosebasierten Material, bevorzugt aus Papier oder Karton bestehen kann.
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In 4 ist ein Dachmodul für ein Kraftfahrzeug als erfindungsgemäßes Sandwichbauteil dargestellt, das durch die in die Sichtoberfläche eingebrachte Vertiefung S ein alternatives 3-D-Design aufweist. Die zur Erzeugung der Vertiefung S verwendete Formschablone kann aus Kunststoff bestehen und, je nach Dicke des Bauteils und der Schaumlage eine Dicke von etwa 1 mm aufweisen. Die Schablonen gestatten die Verwendung einer Formpresse ohne weitere Änderung der Werkzeugkavität. Mit unterschiedlichen Schablonen kann eine Vielzahl unterschiedlicher dreidimensional geformter Bauteiloberflächen in einem Werkzeug geschaffen werden. Die Variabilität des Herstellungsverfahrens kann durch Einsatz verschiedener Dekorstoffe noch deutlich erhöht werden. Neben Lackfolien können auch bedruckte Folien und textile Stoffe, bei Einsatz im Außenbereich insbesondere Verdeckstoffe, eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005456 A1 [0003]
- EP 0787578 A2 [0004]
