DE102013114885A1

DE102013114885A1 - Verbundkörper

Info

Publication number: DE102013114885A1
Application number: DE102013114885.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Zimmerbeutel; Nils Magnus; Marian Stepankowsky; Guido Kunz
Original assignee: Johnson Controls Metals and Mechanisms GmbH and Co KG
Current assignee: Adient Luxembourg Holding SARL
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-02
Also published as: EP3086977A1; CN105848966A; US20160318432A1; WO2015097155A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitzen und Kraftfahrzeugbauteilen, mit einer Mittellage und außenseitig an der Mittellage angeordneten Außenanlagen. Um einen Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitz und Kraftfahrzeugbauteilen bereitzustellen, der in besonders einfacher Weise kostengünstig herzustellen ist, dabei eine hohe Formstabilität und Steifigkeit aufweist, besonders gut mechanischen Belastungen widersteht und ein besonders geringes Eigengewicht hat, ist vorgesehen, dass die Mittellage aus einem Kunststoffmaterial und die Außenanlagen aus einem Blech gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitzen und Kraftfahrzeugbauteilen, mit

– einer Mittellage und
– außenseitig an der Mittellage angeordneten Außenanlagen.

Verbundkörper der eingangs genannten Art sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden dabei als Kraftfahrzeugbauteile eingesetzt.
Insbesondere werden großflächige Leichtbaukomponenten wie Karosserieteile und Sitzschale als Verbundkörper, die Faserverbund-Kunststoffe umfassen, hergestellt. Dabei bieten Verbundkörper gegenüber Bauteilen aus einem Blech, beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder Magnesium, die Vorteile, dass ein geringeres Eigengewicht erreicht werden kann. Die Herstellung eines solchen Verbundkörpers erfolgt dabei gewöhnlich durch das Aufbringen und Verkleben mehrerer, aufeinander angeordneter Materiallagen, was nachteilig zu einem großen Produktionsaufwand und hohen Herstellungskosten führt.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, zumindest abschnittsweise an besonders stark mechanisch belasteten Bereichen des Verbundkörpers Bauteile aus einem Material hoher Festigkeit, insbesondere aus Blech, anzuordnen, um eine ausreichende Formstabilität und Steifigkeit zu erreichen. Hierzu ist jedoch eine zusätzliche Herstellung dieser Bauteile mit einer zu den zu verstärkenden Bereichen des Verbundkörpers korrespondierender Form notwendig, was zum einen zu einer weiteren Steigerung der Herstellungskosten und des Produktionsaufwandes sowie zu einem erhöhten Gesamtgewicht des fertigen Verbundkörpers führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitz und Kraftfahrzeugbauteilen bereitzustellen, der in besonders einfacher Weise kostengünstig herzustellen ist, dabei eine hohe Formstabilität und Steifigkeit aufweist, besonders gut mechanischen Belastungen widersteht und ein besonders geringes Eigengewicht hat.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verbundkörper nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitzen und Kraftfahrzeugbauteilen umfasst eine Mittellage und außenseitig an der Mittellage angeordnete Außenanlagen, wobei die Mittellage aus einem Kunststoffmaterial und die Außenanlagen aus einem Blech gebildet sind.
Die beidseitige Anordnung von Außenanlagen aus Blech an einer Mittellage aus Kunststoff ermöglicht dabei eine besonders leichte Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers, beispielsweise durch Tiefziehen oder Pressen, wodurch besonders vorteilhaft die Herstellung in einem einzelnen Arbeitsschritt erfolgen kann. Weiterhin führt die beidseitige Anordnung jeweils einer Außenanlage aus Blech sowohl zu einer hohen Formstabilität, als auch zu einer guten mechanischen Belastbarkeit, insbesondere der Oberfläche, des Verbundkörpers. Die Mittellage aus Kunststoff ermöglicht darüber hinaus in vorteilhafter Weise ein besonders geringes Gesamtgewicht und führt zu einer Verbesserung des elastischen Verhaltens des Verbundkörpers.
Unter einem Verbundkörper wird dabei grundsätzlich jeder dreidimensionale Körper verstanden, der im Wesentlichen aus einem Verbundmaterial gebildet ist. Bei dem Verbundkörper handelt es sich um ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftfahrzeugsitz, das bevorzugt im Wesentlichen einstückig gebildet ist. Dabei kann es sich sowohl um großflächige Teile der Karosserie, beispielsweise eine Heckklappenstruktur, eine Motorhaube oder ein Türmodul, als auch um im Inneren des Fahrzeugs verbaute Strukturen, beispielsweise ein Fahrzeugsitzbauteil, eine Sitzschale sowie eine Abdeckung oder Ablage handeln.
Als Außenanlagen werden grundsätzlich diejenigen Materialschichten des Verbundkörpers verstanden, die die wesentlichen Teile dessen äußerer Oberfläche bilden. Dabei erstrecken sich die Außenanlagen bevorzugt im Wesentlichen vollflächig über den gesamten Verbundkörper. Grundsätzlich sind die Auslagen dabei aus einem Blech aus einem beliebigen Metall oder einer beliebigen Metalllegierung gebildet.
Dabei kann das Blech über seine gesamte Stärke aus einem einzigen Material gebildet sein oder aber eine Schichtstruktur aufweisen. Insbesondere können eine oder beide Oberflächen einer oder jeder der beiden Außenanlagen eine oder mehrere übereinander angeordnete Beschichtungen, etwa zum Korrosionsschutz oder zur Verbesserung des Verbundes mit der Mittellage aufweisen.
Bei der Mittellage handelt es sich grundsätzlich um den durch beide Außenanlagen begrenzten Bereich des Verbundkörpers. Dabei befindet sich jeweils eine Oberfläche der Mittellage in einem flächigen Kontakt mit einer der beiden Außenanlagen und ist bevorzugt mit dieser unablösbar verbunden. Die Verbindung der Mittellage mit den Außenanlagen kann dabei zunächst in beliebiger Weise erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Verbindung durch Verpressen und/oder Verkleben.
Grundsätzlich kann die Mittellage sowohl homogen aus einem einzigen Material gebildet sein, als auch eine Schichtstruktur aufweisen. Bevorzugt ist die Mittellage aus einem Kunststoffmaterial gebildet, das besonders bevorzugt in sämtliche Raumrichtungen im Wesentlichen homogen ist. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Kunststoff handeln, der beliebige weitere Zusätze, etwa eine Faserverstärkung oder einen Füllmaterial enthalten kann. Denkbar sind auch Materialgemische, in denen ein Kunststoff als wesentlicher Bestandteil, beispielsweise als Bindemittel, enthalten ist. Besonders bevorzugt ist die Mittellage homogen aus einem einzigen Kunststoff gebildet.
Als Kunststoff wird dabei zunächst jedes Polymer sowie eine durch Polymerisation gebildete Substanz verstanden, wobei die Monomere sowohl natürlichen, als auch synthetischen Ursprungs sein können. Grundsätzlich ist dabei die Verwendung eines einzelnen Monomers, als auch mehrerer verschiedener Monomere denkbar, die ein beliebiges Co-Polymer bilden können. Weiterhin kann es sich sowohl um ein kettenförmiges, als auch um ein verzweigtes Polymer handeln.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffmaterial ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein thermoplastisches Co-Polymer, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Mittellage des Verbundkörpers ermöglicht wird und zugleich durch Erhitzung des Verbundkörpers eine verbesserte Verformbarkeit erreicht werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffmaterial ein viskoelastischer Kunststoff, wodurch zum einen eine verbesserte Verformbarkeit des Materials zur Herstellung des Verbundkörpers gegeben ist und zum anderen in besonders einfacher Weise die Materialeigenschaften des Verbundkörpers, insbesondere seine Steifigkeit sowie seine Fähigkeit Schwingungen zu absorbieren, eingestellt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine oder beide Außenlagen aus einem Stahlblech gebildet, wodurch zum einen eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglicht und zum anderen selbst bei geringen Materialstärken der Bleche der Außenanlagen eine hohe Formstabilität des Verbundkörpers erreicht wird.
Grundsätzlich kann die Materialstärke des Blechs, den jeweiligen Anforderungen an den fertigen Verbundkörper angepasst, beliebig gewählt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Blech eine Materialstärke von 0,1–1,5 mm, bevorzugt von 0,15–0,5 mm und besonders bevorzugt von 0,2–0,3 mm auf, wobei in vorteilhafter Weise zugleich eine hohe Formstabilität sowie ein geringes Gesamtgewicht des Verbundkörpers erreicht werden.
Auch die Mittellage des Verbundkörpers kann grundsätzlich eine beliebige Schichtdicke aufweisen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Materialstärke der Mittellage zwischen 0,02 und 1,5 mm, bevorzugt zwischen 0,1 und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,5 mm.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen eine oder beide Außenlagen und/oder die Kernschicht über ihre gesamte Fläche eine im Wesentlichen konstante Materialstärke auf, wodurch sämtliche Bereiche des Verbundkörpers näherungsweise gleiche Materialeigenschaften, insbesondere eine gleichbleibende Stabilität und Steifigkeit haben.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Materialstärke des Verbundkörpers zwischen 0,25 und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,6 und 1 mm.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Außenlagen des Verbundkörpers voneinander abweichende Materialstärken auf, wobei der Unterschied der Materialstärken beider Außenlagen bevorzugt zwischen 10–30 % und besonders bevorzugt zwischen 15–25 % liegt. Durch eine asymmetrische Ausgestaltung des Aufbaus des Verbundkörpers kann zum einen in einfacher Weise die Herstellung des Verbundkörpers, etwa durch Tiefziehen, erleichtert werden und zum anderen die jeweilige Oberfläche des Verbundkörper an die darauf wirkenden Kräfte angepasst werden, wobei zugleich das Gesamtgewicht des Verbundkörpers in einfacher Weise gering gehalten wird.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis der Materialstärke der Kernschicht zu einer oder beiden, insbesondere jeder der beiden Außenlagen zwischen 2:1 und 4:1 und beträgt bevorzugt 3:1, wodurch in einfacher Weise eine besonders hohe Biegesteifigkeit des Verbundkörpers erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis der Materialstärke der Kernschicht zu einer oder beiden, insbesondere jeder der beiden Außenlagen zwischen 1:5 und 1:50, bevorzugt zwischen 1:10 und 1:25, wodurch eine Optimierung der Schalldämpfungseigenschaften des Verbundkörpers erreicht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen eines oder beide der Bleche eine außenseitig angeordnete Korrosionsschutzschicht, insbesondere eine Zinkauflage, auf, wodurch ein lang anhaltender und effektiver Korrosionsschutz des Verbundkörpers erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind einzelne Bereiche, insbesondere Randbereiche, des Verbundkörpers durch Falzen, insbesondere Rollfalzen umgeformt, wodurch einerseits eine erhöhte Stabilität erreicht wird und andererseits insbesondere in den Randbereichen die Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten verringert ist.
Grundsätzlich können mehrere der vorgenannten, bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung durch den Fachmann im Rahmen seiner technischen Fähigkeiten und des technisch Möglichen beliebig miteinander kombiniert werden.
Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung betrifft eine einstückige Sitzschale für einen Kraftfahrzeugsitz, die als Verbundkörper aus einem Werkstoffverbund in Sandwichbauweise gebildet ist. Dabei weist der Verbundkörper eine Mittellage aus einem thermoplastischen Co-Polymer sowie beidseitig außen an der Mittellage angeordnete Außenanlagen auf, die jeweils aus einem verzinkten Stahldeckblech gebildet sind.
Die Mittellage weist dabei eine Materialstärke von 0,4 mm auf, während beide Außenanlagen jeweils eine Materialstärke von 0,2 mm haben. Somit ergibt sich ein symmetrischer Aufbau des Materials des Verbundkörpers orthogonal zu seiner Oberfläche, wobei der Verbundkörper über seine gesamte Fläche eine im Wesentlichen konstante Materialstärke von 0,8 mm aufweist. Aufgrund seines Aufbaus zeichnet sich der Verbundkörper dabei durch eine sehr hohe Biegesteifigkeit aus.
Die Mittellage ist mit jeder der beiden Außenanlagen durch stoffschlüssiges Kleben verbunden. Die Anordnung einer Mittellage zwischen den beiden Außenanlagen führt dabei gegenüber einem kompakten Blech zum einen zu einer wünschenswerten Gewichtsverringerung, zum anderen zu körperschalldämpfenden Eigenschaften sowie einem verbesserten elastischen Verhalten des Verbundkörpers.
Die Außenkanten des Verbundkörpers sind jeweils durch Falzen bzw. Bördeln umgeformt, so dass ein verstärkter Randbereich entsteht.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Sitz- bzw. Kissenschale für ein Kraftfahrzeug und unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Materialaufbau orthogonal zur Oberfläche des Verbundkörpers asymmetrisch gestaltet ist.
Die Mittellage besitzt dabei eine Materialstärke von 0,6 mm und ist homogen aus einem thermoplastischen Co-Polymer aufgebaut. Eine erste Außenlage des Verbundkörpers weist eine Materialstärke von 0,2 mm auf, während eine zweite, gegenüber der ersten Außenlage auf der gegenüberliegenden Seite der Mittellage angeordnete Außenlage eine Materialstärke von 0,25 mm besitzt.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine einstückig als Verbundkörper gebildete Motorhaube.
Dabei weist der Verbundkörper eine Mittellage aus einem permanent viskoelastischen Polymer mit einer Schichtdicke von 0,05 mm auf. Beidseitig auf der Mittellage ist jeweils eine Außenlage aus Stahl-Deckblechen angeordnet, die eine Materialstärke von 0,8 mm aufweisen. Die Anordnung einer solchen Mittellage zwischen den Deckblechen führt zu einer optimierten Körperschalldämpfung und Luftschalldämmung und somit zu einer Verbesserung der Fahrzeugakustik bei zugleich hoher Stabilität des Verbundkörpers.

Claims

Verbundkörper zur Herstellung von Kraftfahrzeugsitzen und Kraftfahrzeugbauteilen, mit – einer Mittellage und – außenseitig an der Mittellage angeordneten Außenanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage aus einem Kunststoffmaterial und die Außenanlagen aus einem Blech gebildet sind.
Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein thermoplastisches Co-Polymer ist.
Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein viskoelastischer Kunststoff ist.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Außenlagen aus einem Stahlblech gebildet sind.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech eine Materialstärke von 0,1–1,5 mm, bevorzugt von 0,15–0,5 mm und besonders bevorzugt von 0,2–0,3 mm aufweist.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage eine Materialstärke von 0,02–1,5 mm, bevorzugt von 0,1–1 mm und besonders bevorzugt von 0,2–0,5 mm aufweist.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Außenlagen und/oder die Kernschicht über ihre gesamte Fläche eine im Wesentlichen konstante Materialstärke aufweisen.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Materialstärke von 0,25–2 mm, bevorzugt von 0,5–1,5 mm und besonders bevorzugt von 0,6–1 mm.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Außenlagen voneinander abweichende Materialstärken aufweisen, wobei der Unterschied der Materialstärken beider Außenlagen bevorzugt zwischen 10–30 % und besonders bevorzugt zwischen 15–25 % liegt.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Materialstärke der Kernschicht zu einer oder beiden Außenlagen zwischen 2:1 und 4:1 liegt und bevorzugt 3:1 beträgt.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Materialstärke der Kernschicht zu einer oder beiden Außenlagen zwischen 1:5 und 1:50, bevorzugt 1:10 und 1:25 liegt.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide der Bleche eine außenseitig angeordnete Korrosionsschutzschicht, insbesondere eine Zinkauflage, aufweisen.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Bereiche, insbesondere Randbereiche, durch Falzen umgeformt sind.