DE102013020488A1

DE102013020488A1 - Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102013020488A1
Application number: DE102013020488.7A
Authority: DE
Inventors: Salvatore Cucciara
Original assignee: HEYFORM BRAMSCHE GmbH
Current assignee: HEYFORM BRAMSCHE GmbH
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Verbundbauteils (1), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Auftragen eines ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches (2) auf Werkzeughälften (3a, b) eines Formprägewerkzeugs (4) zum Bilden einer Deckschicht (5) und umfassend ein Schließen des Formprägewerkzeugs (4). Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass anschließend ein zweites Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) zum Bilden einer Kernschicht (7) in einen Hohlraum (8) des Formprägewerkzeugs (4) eingebracht wird und dass sich das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch (2) und das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) zumindest teilweise gleichzeitig aufschäumend vernetzen und dabei eine Verbindung eingehen. Die Erfindung betrifft auch ein Sandwich-Verbundbauteil (1), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einer Deckschicht (5) umfassend einen ersten Polyurethan-Schaumstoff und einer Kernschicht (7) umfassend einen zweiten Polyurethan-Schaumstoff. Das Sandwich-Verbundbauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polyurethan-Schaumstoff und der zweite Polyurethan-Schaumstoff sich zumindest teilweise gleichzeitig vernetzt haben und dabei eine Verbindung eingegangen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Sandwich-Verbundbauteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15.
In einem Kraftfahrzeug wird regelmäßig der Ladeboden des Kofferraums, die Hutablage oder ein anderes flächiges Innenbauteil als Verbundplatte in einer Sandwich-Konstruktion ausgeführt. Eine solche Verbundplatte weist mehrere Schichten auf. Bei einem solchen Ladeboden oder bei einer solchen Hutablage ist gewünscht, dass sie sowohl leicht als auch gegenüber verschiedenen Belastungen stabil ist. Die Steifigkeit rührt dabei regelmäßig aus den äußeren Deckschichten, zwischen denen die Kernschicht als Abstandshalter fungiert und regelmäßig ein geringeres spezifisches Gewicht als die Deckschichten aufweist. Häufig ist auf zumindest eine der Deckschichten eine Teppichlage als Kaschierung vorgesehen. Daneben ist regelmäßig auch gewünscht, dass ein solches Innenbauteil Einlegeelemente wie Gelenkstifte, Schnapper, Schlösser o. dgl. zur Anordnung und Befestigung im Kraftfahrzeug aufweist. Weitere mögliche solche Einlegeelemente an einem Innenbauteil sind Zurrpunktmulden und -schienen, Ladeschutzkanten etc..
Aus dem Stand der Technik und speziell aus der DE 103 10 368 A1 , von welcher die vorliegende Erfindung ausgeht, ist es bekannt, ein Sandwich-Verbundbauteil speziell für einen Ladeboden in einem Kraftfahrzeug mit einer Kernschicht vorzusehen, welche im Wesentlichen aus Papierwaben besteht. Diese Kernschicht weist beiderseits zur Herstellung der gewünschten Steifigkeit und Härte eine Deckschicht aus aufgeschäumtem Polyurethan mit einem Fasermaterial auf.
Jedoch hat ein solches Sandwich-Verbundbauteil mit einer Kernschicht aus Papierwaben auch eine Reihe von Nachteilen. Erstens ist es schwierig, größere Oberflächenkonturierungen vorzunehmen. Bei einer solchen Konturierung wird die Kernschicht im Hinblick auf ihre Wabenstruktur im Wesentlichen zufällig zerstört, sodass die Stabilitätseigenschaften der resultierenden Oberfläche stark davon abhängen, wie die Konturierungen im Verhältnis zu den einzelnen Waben verlaufen. Ein analoges Problem stellt sich an den Rändern des Sandwich-Verbundbauteils, weil bei einem Zuschnitt der Papierwaben der Rand quasizufällig durch mehr oder weniger große Rest-Waben gebildet wird. Um hier einen einheitlichen Rand herzustellen, ist hier regelmäßig ein ergänzender Materialauftrag vorgesehen, welcher aber zu verhältnismäßig viel Verschnitt führt. Problematisch ist außerdem, dass die Befestigung der obigen Funktionselemente einerseits aufwendig ist und andererseits der Papierwabenkern nicht gut dafür geeignet ist, diesen Einlegeelementen Halt zu geben, sodass dieser Halt im Wesentlichen vollständig durch die Deckschicht bereitgestellt werden muss.
Schließlich ist der Papierwabenkern auch besonders gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit empfindlich. Dazu genügen bereits kleinere Beschädigungen der Deckschicht. Eingedrungene Feuchtigkeit kann dann wiederum sowohl zu einem Aufquellen der Papierwaben als auch zur Schimmelbildung führen.
Zwar zeigt die DE 103 10 368 A1 auch ein Sandwich-Verbundbauteil, bei welchem sowohl die Kernschicht als auch die Deckschichten aus Polyurethanschaum gebildet ist. Jedoch werden hier die Deckschichten mittels eines Roboters auf die Kernschicht aufgeschäumt, was voraussetzt, dass die Kernschicht bereits als fester Schaumstoff vorliegt. Das hier gezeigte Auftragen der Deckschicht setzt also den Abschluss der Herstellung der Kernschicht als vorangegangenen Schritt voraus.
Basierend auf diesem Stand der Technik besteht das Problem der Erfindung darin, die Herstellung eines solchen Sandwich-Verbundbauteils dahin gehend zu verbessern, dass sowohl Arbeitsschritte gespart und gleichzeitig die aus der ungleichmäßigen Wabenstruktur herrührenden Nachteile hinsichtlich der Konturiermöglichkeit, der Befestigung von Einlegeelementen und der Gleichmäßigkeit am Bauteilrand behoben werden.
Bezogen auf ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Verbundbauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 wird dieses Problem durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bezogen auf ein Sandwich-Verbundbauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 15 wird dieses Problem durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 15 gelöst.
Wesentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, dass eine hinsichtlich der Konturierung besonders flexible Gestaltung einer Deckschicht mit einer Kernschicht ohne die genannten Nachteile der Wabenstruktur dadurch erreicht werden kann, dass ein Polyurethan-Reaktionsgemisch für die Deckschicht auf die Werkzeughälften eines Formprägewerkzeugs aufgetragen wird und nach Schließen des Formprägewerkzeugs ein weiteres Polyurethan-Reaktionsgemisch in das Formprägewerkzeug eingebracht wird, sodass sich die beiden Polyurethan-Reaktionsgemische zumindest teilweise gleichzeitig und somit auch miteinander aufschäumend vernetzen. Auf diese Weise entsteht eine besonders stabile Verbindung zwischen der Deckschicht und der Kernschicht. Gleichzeitig ist das Verfahren kostengünstig und erlaubt die Herstellung eines leichten Sandwich-Verbundbauteils.
Die Kontur des Sandwich-Verbundbauteils ist dabei im Prinzip frei wählbar. Die entstehende Kernschicht ist frei von ungewollten Hohlräumen, Lücken oder Schwachstellen und kann sich ohne Weiteres bei der Herstellung räumlich anpassen. Einlegeelemente können sehr flexibel und gleichzeitig einfach in diesem Prozess berücksichtigt werden, wobei die zuverlässige Verbindung mit der Kernschicht auch für einen guten Halt der Einlegeelemente sorgt. Durch die Wahl des jeweiligen Polyurethan-Reaktionsgemischs kann die akustische Wirksamkeit des Sandwich-Verbundbauteils eingestellt werden. Ebenso können die Randbereiche des Sandwich-Verbundbauteils in demselben Herstellungsprozess gleichmäßig ausgestaltet und mit der Deckschicht versehen werden. Grundsätzlich ist eine Kernschicht aus Polyurethan auch temperaturbeständiger als Papierwabenmaterial. Schließlich ist auch kein Zusammenpressen der Werkzeughälften des Formprägewerkzeugs bei der Herstellung erforderlich, da diese nach dem Einbringen des Reaktionsgemischs für die Kernschicht nur im geschlossenen Zustand gehalten werden müssen.
Die bevorzugten Ausgestaltungen der Unteransprüche 2 bis 5 betreffen weitere Einzelheiten zum Einbringen und Aushärten des jeweiligen Polyurethan-Reaktionsgemisches für die Kern- und die Deckschicht.
Der Unteranspruch 7 betrifft die mechanische Verstärkung der Deckschicht durch das Vorsehen von Fasern, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Deckschicht flexibel eingestellt werden können.
Die bevorzugten Ausgestaltungen der Unteransprüche 9 und 10 beschreiben Möglichkeiten zur Verwirklichung gewünschter insbesondere akustischer Eigenschaften des Sandwich-Verbundbauteils (1).
Die Unteransprüche 11 bis 13 beschreiben das Einbringen von Einlegeelementen in den Herstellungsprozess. Der Unteranspruch 14 schließlich sieht einen schwenkbaren Abschnitt an mindestens einer Werkzeughälfte vor, sodass für eine Kaschierlage wie etwa einer Teppichschicht eine Umbördelung der Seitenränder des Sandwich-Verbundbauteils ermöglicht wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht eines Formprägewerkzeugs während eines ersten, bevorzugt vorgesehenen Schritts eines vorschlagsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Seitenansicht des Formprägewerkzeugs der 1 während eines zweiten Schritts eines vorschlagsgemäßen Verfahrens,
3 eine schematische Seitenansicht des Formprägewerkzeugs der 1 während eines dritten Schritts eines vorschlagsgemäßen Verfahrens,
4 eine schematische Seitenansicht des Formprägewerkzeugs der 1 während eines vierten Schritts eines vorschlagsgemäßen Verfahrens,
5a) eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines vorschlagsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils mit einer Zurr-Öse und einem Ausströmer als Einlegeelemente,
5b) eine schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines vorschlagsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils mit einem Kollabierbereich,
6a–b) eine schematische Seitenansicht eines Formprägewerkzeugs mit schwenkbaren Abschnitten während zweier Schritte eines vorschlagsgemäßen Verfahrens,
7a) eine schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines vorschlagsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils mit einer Seitenschiene und einem Lichtwellenleiter als Einlegeelemente und
7b) eine schematische Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines vorschlagsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils mit einer verzahnten Zurrschiene als Einlegeelement.
Das vorschlagsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Verbundbauteils 1, welches Sandwich-Verbundbauteil 1 im fertigen Zustand in vier Ausführungsbeispielen jeweils in den 5a, b) und 7a, b) – sowie in den 4 und 6b noch innerhalb des Werkzeugs – dargestellt und insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug eingerichtet ist, wird zunächst anhand der grundlegenden Verfahrensabschnitte des Vorschlags, welche jeweils in den 2 bis 4 dargestellt sind, erläutert.
Das vorschlagsgemäße Verfahren umfasst das Auftragen eines ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 auf Werkzeughälften 3a, b eines Formprägewerkzeugs 4 zum Bilden einer Deckschicht 5. Dies ist in der 2 dargestellt. Das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 umfasst regelmäßig eine Isocyanatkomponente und eine Polyolkomponente, wodurch in an sich bekannter Weise in einer schäumenden Vernetzungsreaktion ein Polyurethanschaum gebildet wird. Diese Vernetzung geht mit einem Aufschäumen und einer Verhärtung einher. Der resultierende Polyurethanschaum, welcher auch als erster Polyurethan-Schaumstoff bezeichnet werden kann, stellt dann die Deckschicht 5 im vorliegenden Sinne dar. Daneben kann das Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 in an sich bekannter Weise noch weitere Bestandteile aufweisen, wofür untenstehend weitere Beispiele erörtert werden.
Bei den Werkzeughälften 3a, b kann es sich entsprechend der Darstellung in den 1 bis 4 auch um Formteile des Formprägewerkzeugs 4 handeln, welche verschieden groß und/oder unterschiedlich geformt sein können, sodass sie nicht mathematisch exakte Hälften des Formprägewerkzeugs 4 bilden müssen. Neben der Möglichkeit, dass mehr als zwei Werkzeughälften 3a, b vorhanden sind, kann jede einzelne Werkzeughälfte 3a, b auch mehrteilig sein, wie weiter unten stehend im Hinblick auf die 6 noch genauer erläutert wird.
Begrifflich wird hier und nachfolgend zwischen dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 und der Deckschicht 5 insoweit unterschieden – obwohl die Deckschicht 5 aus dem Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 entsteht – dass die Deckschicht 5 das Ergebnis eines Vernetzungsvorgangs des Polyurethan-Reaktionsgemischs 2 ist und also durch den Abschluss dieses Vernetzungsvorgangs entsteht, welcher Vernetzungsvorgang auch mit einer Volumenausdehnung einhergeht.
Das vorschlagsgemäße Verfahren umfasst ferner ein Schließen des Formprägewerkzeugs 4, was in dem Übergang von der 2 zur 3 erfolgt. Es wird darauf hingewiesen, dass selbst wenn die Vernetzung des Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 hier schon beginnt, jedenfalls diese keinen Gegendruck zum Schließen des Formprägewerkzeugs 4 ausübt und damit das Formprägewerkzeug 4 geschlossen werden kann, ohne eine Presskraft aufzubringen.
Das vorschlagsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass anschließend ein zweites Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 zum Bilden einer Kernschicht 7 in einen Hohlraum 8 des Formprägewerkzeugs 4 eingebracht wird. Dies ist in der 3 dargestellt. Grundsätzlich kann das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 identisch zum ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 sein, vorzugsweise wird sich das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 aber von dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 unterscheiden, um auf diese Weise unterschiedliche Eigenschaften bei der Kernschicht 7 zu erreichen, deren Verhältnis zum zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 sinngemäß gleich zu dem zwischen dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 und der Deckschicht 4 ist. Auch das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 kann neben einer Isocyanatkomponente und einer Polyolkomponente weitere Bestandteile aufweisen. Insbesondere kann das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 mit Carbonverschnitt angereichert sein. Der aus dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 entstandene Schaumstoff kann entsprechend auch als zweiter Polyurethan-Schaumstoff bezeichnet werden.
Wie dargestellt wird der Hohlraum 8 durch das Schließen des Formprägewerkzeugs 4 und insbesondere durch die Werkzeughälften 3a, b gebildet. Speziell wird das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 durch eine Zuführleitung 9 in den Hohlraum 8 eingebracht.
Das vorschlagsgemäße Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 und das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 zumindest teilweise gleichzeitig aufschäumend vernetzen und dabei eine Verbindung eingehen. Mit anderen Worten überlappt sich der jeweilige Vernetzungsvorgang, sodass der Vernetzungsvorgang des einen Polyurethan-Reaktionsgemischs nicht erst beginnt, wenn die Vernetzung des jeweils anderen Polyurethan-Reaktionsgemisches abgeschlossen ist. Die Verbindung zwischen dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 und dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 entsteht bereits dadurch, dass – wie in der 3 dargestellt – diese während ihres zumindest teilweise gleichzeitig stattfindenden Vernetzungsvorgangs in Kontakt miteinander stehen.
Wie dargestellt weist das Formprägewerkzeug 4 Heizelemente 10 auf, mit denen die Temperaturverhältnisse während der Herstellung und insbesondere für die Vernetzung eingestellt und kontrolliert werden können. Ferner weist das Formprägewerkzeug 4 auch eine Ableitung 11 auf, durch welches während der aufschäumenden Vernetzung der Austritt von Material aus dem Hohlraum 8 gestattet werden kann.
Die 4 stellt den Zustand nach Abschluss der Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemischs 2 und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs 6, wodurch sich die Deckschicht 5 und die Kernschicht 7 gebildet haben. Erkennbar ist die aufschäumende Vernetzung mit einer Volumenausdehnung des jeweiligen Polyurethan-Reaktionsgemischs einhergegangen, sodass der Hohlraum 8 bis auf ggf. vorhandene weitere Strukturen in dem Formprägewerkzeug 4 – auf welche unten stehend noch eingegangen wird – im Wesentlichen vollständig ausgefüllt ist.
Obwohl eigentlich die Deckschicht 5 zu beiden Flächenseiten der Kernschicht 7 – und auch um die Randseiten der Kernschicht 7 – angeordnet ist und damit grundsätzlich zwischen einer oberen und einer unteren Deckschicht 5 unterschieden werden könnte, ist hier und nachfolgend stets von einer einzelnen Deckschicht 5 die Rede, wobei die Deckschicht 5 zu allen Seiten – so weit dort vorhanden – der Kernschicht 7 gemeint ist. Das Formprägewerkzeug 4 weist ferner eine Ansaugvorrichtung 12 auf, welche in der Darstellung an der oberen Werkzeughälfte 3a angeordnet ist. Diese dient zum Ansaugen des auf diese Werkzeughälfte 3a aufgetragenen ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2, wozu eine hier nicht dargestellte Folie auf der Werkzeughälfte 3a angeordnet ist.
Bevorzugt ist nun, dass das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 – wie in der 3 dargestellt – flüssig in den Hohlraum 8 eingegossen wird. Das bedeutet, dass vorzugsweise das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 noch im Wesentlichen unvernetzt ist. Um der Volumenausdehnung während der Vernetzung Rechnung zu tragen, füllen vorzugsweise die Polyurethan-Reaktionsgemische 2, 6 den Hohlraum 8 nicht vollständig aus, sodass – zumindest unmittelbar – nach dem Eingießen grundsätzliche beliebige Gase im Hohlraum 8 verbleiben.
Da das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 zuerst aufgetragen wird, ist es bevorzugt, dass die Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 vor der Vernetzung des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 beginnt. Um eine möglichst gleichmäßige und ebene Verbindungsfläche zwischen der Deckschicht 5 und der Kernschicht 7 zu erhalten, ist es wiederum bevorzugt, dass die Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 im Wesentlichen gleichzeitig abgeschlossen ist.
Wie bereits festgestellt, muss zum Schließen des Formprägewerkzeugs 4 keine Presskraft aufgewandt werden. Zwar müssen die Werkzeughälften 3a, b während des Vernetzungsvorganges geschlossen gehalten werden, doch reicht hierfür eine Haltekraft. Dies entspricht der bevorzugten Ausführungsform, bei der während der Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 eine Öffnungskraft auf die Werkzeughälften 3a, b wirkt, welche auf einer vernetzungsbedingten Volumenausdehnung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 beruht. Bevorzugt ist, dass diese Öffnungskraft im Wesentlichen nur auf dieser vernetzungsbedingten Volumenausdehnung beruht. So spielt ein Einblasdruck in den Hohlraum 8 hierfür keine Rolle.
Durch und während der Vernetzung wird das erste Reaktionsgemisch 2 von dem zweiten Reaktionsgemisch 6 nach außen an die Werkzeughälften 3a, b gepresst. Entsprechend ist bevorzugt, dass das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 und das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 bei der Vernetzung zur Deckschicht 5 und zur Kernschicht 7 einen Kraftschluss bilden. Insbesondere übt das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 bei der Vernetzung eine Flächenpressung auf das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 aus.
Das beschriebene Verfahren erlaubt es, die Kernschicht 7 im Wesentlichen von allen Seiten von der Deckschicht 5 umfassen zu lassen. Damit wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass der Hohlraum 8 und das Sandwich-Verbundbauteil 1 im Wesentlichen plattenförmig sind. Hier ist weiter bevorzugt, dass die Deckschicht 5 auch die Randseiten 13 des Sandwich-Verbundbauteils 1 abdeckt. Insbesondere kann die Deckschicht 5 die Randseiten 13 des Sandwich-Verbundbauteils 1 im Wesentlichen vollständig abdecken.
Um vorteilhafte mechanische Eigenschaften der Deckschicht 5 und damit des Sandwich-Verbundbauteils 1 insgesamt zu erreichen, können Fasern zur Verstärkung verwendet werden. Bevorzugt ist daher, dass zu dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 ein Fasermaterial auf die Werkzeughälften 3a, b aufgetragen wird und die Deckschicht 5 eine von dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 und dem Fasermaterial gebildete Faserverbunddeckschicht ist.
Das vorschlagsgemäße Verfahren erlaubt es auch, den Kaschierprozess auf einfache Art und Weise zu integrieren. Dies geschieht bevorzugt dadurch, dass eine Kaschierlage 14 auf mindestens eine Werkzeughälfte 3b aufgetragen wird zur Verbindung mit dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch 2 während des Vernetzens des ersten Polyurethan-Reaktionsgemischs 2. In der 1 ist dargestellt, wie diese Kaschierlage 14, welche beispielsweise eine Teppichlage umfassen kann, auf die Werkzeughälfte 3b vor dem Auftragen des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 aufgetragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Kaschierlage 14 auch auf die andere Werkzeughälfte 3a aufgetragen werden.
Eine Möglichkeit, ein Sandwich-Verbundbauteil 1 mit bestimmten gewünschten Eigenschaften herzustellen, besteht darin, die Kernschicht 7 und hier vor allem die Charakteristika ihrer Poren zu beeinflussen. Dies kann vorzüglich über eine Manipulation des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Verfahrens wird eine Poreneigenschaft der Kernschicht 7 bestimmt für ein vorgegebenes Eigenschaftsprofil des Sandwich-Verbundbauteils 1. Bei dieser Poreneigenschaft kann es sich insbesondere um eine Porengröße handeln. Bevorzugt wird die Poreneigenschaft durch ein Additiv für das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 bestimmt, wobei es sich hier vor allem um einen flüssigen Zusatzstoff handeln kann, welcher sich insbesondere in dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 auflösen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Poreneigenschaft durch ein Mischverhältnis des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 bestimmt werden, wobei vor allem ein Mischverhältnis ihrer Isocyanatkomponente und ihrer Polyolkomponente infrage kommt. Das vorgegebene Eigenschaftsprofil kann ein akustisches Eigenschaftsprofil sein, wobei hier insbesondere ein Eigenschaftsprofil für eine vorgegebene Schalldämmung und/oder eine vorgegebene Schalldämpfung vorgesehen sein kann.
Es kann auch zu dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 ein insbesondere fester Füllstoff für ein vorgegebenes Eigenschaftsprofil hinzugegeben werden. Hier kommen insbesondere Granulate aus expandiertem Polypropylen, expandiertem Polystyrol, insbesondere synthetischem Gummi oder einem sonstigen Kunststoff infrage. Ebenso können Fasern und insbesondere Glasfasern vorgesehen sein oder eine vorzugsweise aus Kunststoff gebildete Schwerschicht. Eine mit einem solchen Füllstoff gebildete Granulat-Kernschicht 7a ist in der 7a dargestellt. Wiederum ist das Eigenschaftsprofil bevorzugt ein akustisches, vor allem gemäß der obigen Beschreibung, und/oder ein mechanisches. So können auch das Gewicht und andere mechanische Eigenschaften durch einen solchen Füllstoff eingestellt werden. Vorzugsweise verbleibt der Füllstoff nach der Vernetzung des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs 6 in der Kernschicht 7. Das bedeutet z. B., dass er sich nicht auflöst.
Das vorschlagsgemäße Verfahren erlaubt das Vorsehen von oben bereits genannten Einlegeelementen 15 in dem Sandwich-Verbundbauteil 1 auf einfache Art und Weise. Speziell kann ein Einlegeelement 15 vor dem Einbringen des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs 6 so in dem Formprägewerkzeug 4 angeordnet werden, dass das Einlegeelement 15 mit dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 und nach ihrem Vernetzen mit der Kernschicht 7 flächenweise durchgängig, ggf. unter Vorhandensein von Zwischenschichten, verbunden ist. Das bedeutet, dass keine makroskopischen, also über die Schaumblasen hinausgehenden, Freiräume um das Einlegeelement 15 vorhanden sind. Vorzugsweise ist das Einlegeelement 15 dann auch mit der Deckschicht 5 verbunden. Auf diese Weise ist ein guter Halt gewährleistet, da die Kernschicht 7 insbesondere nicht die Inhomogenitäten etwa von Papierwaben aufweist. Vorzugsweise ist das Einlegeelement 15 unelastisch.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Position des Einlegeelements 15 vorgegeben wird und dass das Einlegeelement 15 beim Einbringen und bei der Vernetzung des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs 6 die vorgegebene Position beibehält. Das Einlegeelement 15 wird also nicht durch das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 im Hohlraum 8 bewegt oder gar weggespült.
In der 5a sind als solche Einlegeelemente 15 ein Ausströmer 16 sowie eine Zurr-Öse 17 dargestellt. Wenn dabei, wie bevorzugt und für die Zurr-Öse 17 dargestellt, dass Einlegeelement 15 mehrfach mit der Deckschicht 5 in Verbindung steht, was auch als Durchdringen der Kernschicht 7 beschrieben werden kann, ist ein besonders guter Halt gewährleistet. Dies wird durch die ebenso bevorzugte Tannenbaumstruktur eines Einlegeelements 15, hier der Zurr-Öse 17, weiter gewährleistet.
Weitere bevorzugte Einlegeelemente 15 sind die in der 7a dargestellte Seitenschiene 18 und die in der 7b dargestellte verzahnte Zurrschiene 19. Diese verwirklichen auch diejenige bevorzugte Ausgestaltung des Einlegeelements 15, bei welcher das Einlegeelement 15 Öffnungen 20 zur Aufnahme des ersten Polyurethan-Reaktionsgemischs 2 und/oder des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs 6 aufweist, wodurch der Halt des Einlegeelements 15 nochmals verbessert wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einlegeelement 15 ein Lichtwellenleiter 15a, welcher ebenfalls in der 7a dargestellt ist.
Falls das Verbindungsverhalten zwischen dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 und dem Einlegeelement 15 verbessert werden soll, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein weiteres Bindematerial, bei welchem es sich ebenfalls um ein Polyurethan-Reaktionsgemisch handeln kann, auf das Einlegeelement 15 aufgetragen werden zur Verbindung mit dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch 6 während des Vernetzens des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs 6.
Um das Risiko eines Lösens der Kaschierung zu minimieren, ist es häufig gewünscht, dass eine prinzipiell für eine Hauptfläche des Sandwich-Verbundbauteils 1 vorgesehene Kaschierlage 14 nicht nur vollständig über eine Randseite 13 des Sandwich-Verbundbauteils 1 verläuft, sondern sogar zumindest teilweise auf der gegenüberliegenden Hauptfläche angeordnet ist. Diese Anordnung der Kaschierlage 14 kann auch als Umbördelung bezeichnet werden. Zu diesem Zweck ist es, wie in den 6a und 6b dargestellt, bevorzugt vorgesehen, dass mindestens eine Werkzeughälfte 3a mindestens einen schwenkbaren Abschnitt 21a, b aufweist, welcher zum Schließen des Formprägewerkzeugs 4 so umgeklappt wird, dass die Deckschicht 5 auf dem schwenkbaren Abschnitt 21a, b zumindest bereichsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten mit der Kernschicht 7 verbunden ist. Vorzugsweise wird dabei die Kaschierlage 14 auf den schwenkbaren Abschnitt 21a, b aufgetragen.
Ein vorschlagsgemäßes Sandwich-Verbundbauteil 1, welches insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug eingerichtet ist und speziell in den 5a–b) und 7a–b) dargestellt ist, weist eine Deckschicht 5 mit einem ersten Polyurethan-Schaumstoff und eine Kernschicht 7 mit einem zweiten Polyurethan-Schaumstoff auf.
Das vorschlagsgemäße Sandwich-Verbundbauteil 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polyurethan-Schaumstoff und der zweite Polyurethan-Schaumstoff sich zumindest teilweise gleichzeitig aufschäumend vernetzt haben und dabei eine Verbindung eingegangen sind.
Vorzugsweise ist das vorschlagsgemäße Sandwich-Verbundbauteil 1 durch ein vorschlagsgemäßes Verfahren hergestellt worden. Die für das vorschlagsgemäße Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen und Merkmale gelten sinngemäß gleich für das vorschlagsgemäße Sandwich-Verbundbauteil 1, wobei insbesondere der erste Polyurethan-Schaumstoff durch eine Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches 2 und der zweite Polyurethan-Schaumstoff durch eine Vernetzung des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches 6 entstanden ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sandwich-Verbundbauteil 1 ein, vorzugsweise unelastisches, Einlegeelement 15 umfasst und dass das Einlegeelement 15 mit der Kernschicht 7 flächenweise durchgängig, ggf. unter Vorhandensein von Zwischenschichten, verbunden. Insbesondere kann das Einlegeelement 15 mit der Deckschicht 5 verbunden sein. Es wird auf die obigen bevorzugten Merkmale und Ausgestaltungen des Einlegeelements 15 verwiesen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine weitgehend freie Konturierung der Oberfläche des Sandwich-Verbundbauteils 1 vorgenommen werden kann. Diese Möglichkeit wiederum kann auch zur Gestaltung mechanischer Eigenschaften des Sandwich-Verbundbauteils 1 verwendet werden. So kann durch gezielte Schwächungen der Dicke des Sandwich-Verbundbauteils 1 ein definiertes und insbesondere auch richtungsbezogenes Bruchverhalten des Sandwich-Verbundbauteils 1 erreicht werden. Die 5b zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel. Hier ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass das Sandwich-Verbundbauteil 1 einen Kollabierbereich 22 hinsichtlich einer Kollabierrichtung 23 aufweist. Ein solcher Kollabierbereich 22 kann insbesondere – und wie dargestellt – dadurch verwirklicht werden, dass der Kollabierbereich 22 einen wellen- oder rechteckartigen Kammverlauf der Deckschicht 5 in Bezug auf eine Dicke des Sandwich-Verbundbauteils 1 aufweist. Bei einem Aufprall in Kollabierrichtung 23 brechen die Wellen- oder Rechteckformen bevorzugt ein, bevor ein Bruch des Sandwich-Verbundbauteils 1 an anderer Stelle eintritt. Hier kommt etwa infrage ein solches Sandwich-Verbundbauteil 1 als Ladeboden zu verwenden, und dabei den Kollabierbereich 22 und die Kollabierrichtung 23 für einen Heck-Crash des Kraftfahrzeugs auszulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10310368 A1 [0003, 0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Verbundbauteils (1), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Auftragen eines ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches (2) auf Werkzeughälften (3a, b) eines Formprägewerkzeugs (4) zum Bilden einer Deckschicht (5) und umfassend ein Schließen des Formprägewerkzeugs (4), dadurch gekennzeichnet, dass anschließend ein zweites Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) zum Bilden einer Kernschicht (7) in einen Hohlraum (8) des Formprägewerkzeugs (4) eingebracht wird und dass sich das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch (2) und das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) zumindest teilweise gleichzeitig aufschäumend vernetzen und dabei eine Verbindung eingehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) flüssig, vorzugsweise im Wesentlichen unvernetzt, in den Hohlraum (8) eingegossen wird, insbesondere, dass nach dem Eingießen Gase im Hohlraum (8) verbleiben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches (2) vor der Vernetzung des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches (6) beginnt und/oder dass die Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches (2) und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches (6) im Wesentlichen gleichzeitig abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Vernetzung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches (2) und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches (6) eine Öffnungskraft auf die Werkzeughälften (3a, b) wirkt, welche, vorzugsweise im Wesentlichen nur, auf einer vernetzungsbedingten Volumenausdehnung des ersten Polyurethan-Reaktionsgemisches (2) und des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisches (6) beruht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch (2) und das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) bei der Vernetzung zur Deckschicht (5) und zur Kernschicht (7) einen Kraftschluss bilden, vorzugsweise, dass das zweite Polyurethan-Reaktionsgemisch bei der Vernetzung eine Flächenpressung auf das erste Polyurethan-Reaktionsgemisch ausübt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (8) und das Sandwich-Verbundbauteil (1) im Wesentlichen plattenförmig sind, vorzugsweise, dass die Deckschicht (5) auch die Randseiten (13) des Sandwich-Verbundbauteils (1), insbesondere im Wesentlichen vollständig, abdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch (2) ein Fasermaterial auf die Werkzeughälften (3a, b) aufgetragen wird und die Deckschicht (5) eine von dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch (2) und dem Fasermaterial gebildete Faserverbunddeckschicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaschierlage (14) auf mindestens eine Werkzeughälfte (3b) aufgetragen wird zur Verbindung mit dem ersten Polyurethan-Reaktionsgemisch (2) während des Vernetzens des ersten Polyurethan-Reaktionsgemischs (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Poreneigenschaft, insbesondere eine Porengröße, der Kernschicht (7), vorzugsweise durch ein Additiv und/oder ein Mischverhältnis des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs (6), bestimmt wird für ein vorgegebenes, vorzugsweise akustisches, Eigenschaftsprofil, insbesondere für eine vorgegebene Schalldämmung und/oder Schalldämpfung, des Sandwich-Verbundbauteils (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) ein, insbesondere fester, Füllstoff für ein vorgegebenes, insbesondere akustisches und/oder mechanisches, Eigenschaftsprofil des Sandwich-Verbundbauteils (1) hinzugegeben wird, weiter insbesondere, dass der Füllstoff nach der Vernetzung des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs (6) in der Kernschicht (7) verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein, vorzugsweise unelastisches, Einlegeelement (15) vor dem Einbringen des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs (6) so in dem Formprägewerkzeug (4) angeordnet wird, dass das Einlegeelement (15) mit dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) und nach ihrem Vernetzen mit der Kernschicht (7) flächenweise durchgängig, ggf. unter Vorhandensein von Zwischenschichten, verbunden ist, vorzugsweise, dass das Einlegeelement (15) mit der Deckschicht (5) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (15) ein Ausströmer (16), eine Zurr-Öse (17), eine Seitenschiene (18), eine verzahnte Zurrschiene (19) oder ein Lichtwellenleiter (15a) ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindematerial auf das Einlegeelement (15) aufgetragen wird zur Verbindung mit dem zweiten Polyurethan-Reaktionsgemisch (6) während des Vernetzen des zweiten Polyurethan-Reaktionsgemischs (6).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Werkzeughälfte (3a) mindestens einen schwenkbaren Abschnitt (21a, b) aufweist, welcher zum Schließen des Formprägewerkzeugs (4) so umgeklappt wird, dass die Deckschicht (5) auf dem schwenkbaren Abschnitt (21a, b) zumindest bereichsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten mit der Kernschicht (7) verbunden ist, vorzugsweise, dass die Kaschierlage (14) auf den schwenkbaren Abschnitt (21a, b) aufgetragen wird.
Sandwich-Verbundbauteil (1), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einer Deckschicht (5) umfassend einen ersten Polyurethan-Schaumstoff und einer Kernschicht (7) umfassend einen zweiten Polyurethan-Schaumstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polyurethan-Schaumstoff und der zweite Polyurethan-Schaumstoff sich zumindest teilweise gleichzeitig aufschäumend vernetzt haben und dabei eine Verbindung eingegangen sind.
Sandwich-Verbundbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Verbundbauteil (1) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wurde.
Sandwich-Verbundbauteil (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Verbundbauteil (1) ein, vorzugsweise unelastisches, Einlegeelement (15) umfasst und dass das Einlegeelement (15) mit der Kernschicht (7) flächenweise durchgängig, ggf. unter Vorhandensein von Zwischenschichten, verbunden ist, insbesondere, dass das Einlegeelement (15) mit der Deckschicht (5) verbunden ist.
Sandwich-Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Verbundbauteil einen Kollabierbereich (22) hinsichtlich einer Kollabierrichtung (23) aufweist, vorzugsweise, dass der Kollabierbereich (22) einen wellen- oder rechteckartigen Kammverlauf der Deckschicht (5) in Bezug auf eine Dicke des Sandwich-Verbundbauteils (1) aufweist.