DE102013213681A1

DE102013213681A1 - Verbundbauteil

Info

Publication number: DE102013213681A1
Application number: DE102013213681.1A
Authority: DE
Inventors: Walter Mehling
Original assignee: FS Fehrer Automotive GmbH
Current assignee: FS Fehrer Automotive GmbH
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (01) mit unterer und oberer Versteifungsschicht (03, 04) aus faserverstärktem Kunststoff und dazwischen liegender Distanzschicht (21) mit einem Kunststoffschaum sowie ein derartig erzeugtes Verbundbauteil (01). Zur Herstellung des Verbundbauteils (01) wird zunächst eine in einem Schäumwerkzeug eingebrachte Schichtenfolge erzeugt, welche eine von einer ersten Materialzubereitung benetzte untere Faserlage, eine Schicht mit dritter Materialzubereitung und eine von einer zweiten Materialzubereitung benetzte obere Faserlage umfasst. Unmittelbar nachfolgend erfolgt im Schäumwerkzeug ein Aufschäumen und Aushärten der dritten Materialzubereitung unter Bildung der Distanzschicht (21) bei gleichzeitigem Aushärten der ersten Materialzubereitung unter Bildung der unteren Versteifungsschicht (03) und gleichzeitigem Aushärten der zweiten Materialzubereitung unter Bildung der oberen Versteifungsschicht (04).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil mit einer unteren und einer oberen faserverstärkten Versteifungsschicht und einer zwischenliegenden Distanzschicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Verbundbauteils.
Verbundbauteile zur Realisierung eines geringen Gewichts bei hoher Biegesteifigkeit mit einem mehrschichtigem Aufbau mit außen liegenden Schichten und einer dazwischen angeordneten Distanzschicht sind in vielfältiger Art aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei werden bei den beiden äußeren Schichten Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit eingesetzt, wobei hierzu vielfach faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt werden. Aufgrund der höheren Dichten der äußeren Schichten wird deren Dicke in aller Regel möglichst gering gewählt. Durch die Anordnung einer Distanzschicht größerer Dicke zwischen den äußeren Schichten wird die geringe Biegesteifigkeit der einzelnen äußeren Schichten stark erhöht. Hierbei spielt die Zugfestigkeit oder die Biegesteifigkeit der Distanzschicht nur eine untergeordnete Rolle, so dass zur Gewichtsreduktion üblicherweise ein Material geringer Dichte, wie beispielsweise Paperwaben oder Kunststoffschaummatten, eingesetzt wird.
Zur Herstellung entsprechender Verbundbauteile stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, wobei in einer Ausführungsform zwischen den beiden zuvor hergestellten äußeren Deckschichten eine Materialzubereitung eingebracht wird, welche im Folgenden ausschäumt und hierbei die Distanzschicht unter Bildung des Verbundbauteils bildet.
Nachteilig bei den Ausführungen aus dem Stand der Technik ist es, dass die Herstellung für entsprechende Verbundbauteile aufgrund des mehrstufigen Prozesses aufwendig gestaltet ist. Weiterhin ist die Haftung zwischen der Deckschicht und den Distanzschichten nicht immer optimal.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl die Herstellungskosten zu senken als auch ebenso die Haftung der Schichten zu erhöhen.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Realisierung eines entsprechenden Verbundbauteils ist im Anspruch 9 angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das gattungsgemäße Verbundbauteil weist zunächst eine untere Versteifungsschicht, eine obere Versteifungsschicht sowie eine zwischen oberer und unterer Versteifungsschicht angeordnete Distanzschicht auf. Hierbei besitzen die Versteifungsschichten eine größere Dichte und geringere Dicke im Gegensatz zur Distanzschicht mit größerer Dicke, jedoch deutlich geringerer Dichte. Welches Verhältnis hierbei Dichte und Dicke zueinander haben, ist für die erfindungsgemäße Ausführungsform nebensächlich. Die untere Versteifungsschicht weist zumindest eine in einem ersten Kunststoffmaterial eingebettete untere Faserlage und die obere Versteifungsschicht eine in einem zweiten Kunststoffmaterial eingebettete obere Faserlage auf. In einfachster Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten und zweiten Kunststoffmaterial um das gleiche Material, wobei weiterhin die untere und obere Faserlage im Regelfall aus gleichem Material bzw. Halbzeug hergestellt sind. Dennoch ist es ebenso möglich, unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Ausführungen der Faserlagen vorzusehen.
Erforderlich für die gattungsgemäße Ausführung ist es, dass die Distanzschicht zwischen unterer und oberer Versteifungsschicht zumindest anteilig von einem Kunststoffschaum gebildet wird.
Erfindungsgemäß weist das Verbundbauteil eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kunststoffmaterial und dem Kunststoffschaum sowie zwischen dem zweiten Kunststoffmaterial und dem Kunststoffschaum auf, wobei es wesentlich ist, dass die untere Grenzfläche zwischen der unteren Versteifungsschicht und der Distanzschicht sowie eine obere Grenzfläche zwischen der oberen Versteifungsschicht und der Distanzschicht unregelmäßig geformt sind.
Die unregelmäßig geformten Grenzflächen zwischen der Distanzschicht und den Versteifungsschichten bewirken hierbei eine deutliche Verbesserung der Haftung zwischen den Materialien der drei Schichten, wobei ein wesentlich größerer Halt sowohl bei Schubkräften innerhalb der Fläche des Verbundbauteils als auch bei Zugkräften von beiden Seiten der Versteifungsschichten senkrecht auf die Fläche des Verbundbauteils erzielt wird.
Durch das besondere, im Weiteren beschriebene Herstellungsverfahren, kann entscheidenden Einfluss auf die Formgebung der Grenzfläche, d. h. dem Erreichen einer unregelmäßigen Gestalt, genommen werden. Weitere für vorteilhafte Ausführungen eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils charakteristische Eigenschaften begründen sich durch das zur Herstellung einsetzbare erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und der vorteilhaften Ausgestaltung dieser.
In besonders vorteilhafter Weise weist das Verbundbauteil in der unteren Grenzfläche zwischen der unteren Versteifungsschicht und der Distanzschicht eine Oberflächenrauheit Ra größer als 10% der mittleren Stärke der unteren Versteifungsschicht auf. Gleiches gilt für die obere Grenzfläche, bei der besonders vorteilhaft die Oberflächenrauheit Ra der oberen Grenzfläche größer als 10% der mittleren Stärke der oberen Versteifungsschicht ist. Durch die starke Unebenheit der unteren Grenzfläche und/oder der oberen Grenzfläche wird eine besonders vorteilhafte Haftung zwischen der Distanzschicht und der unteren Versteifungsschicht bzw. der oberen Versteifungsschicht erreicht. Somit eignet sich diese Ausführungsform eines Verbundbauteils insbesondere auch bei einer Materialkombination des ersten Kunststoffmaterials der unteren Versteifungsschicht und dem Kunststoffschaum bzw. des zweiten Kunststoffmaterials und der Distanzschicht, welche zunächst eine ungünstige Haftung aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das erste Kunststoffmaterial und/oder das zweite Kunststoffmaterial Polyurethan und der Kunststoffschaum Polyurethanschaum sind. Durch diese vorteilhafte gleiche Wahl des ersten und/oder zweiten Kunststoffsmaterials und des Kunststoffschaums auf der gleichen Kunststoffbasis ist eine vorteilhafte Recyclingfähigkeit gegeben. Ebenso begünstigt die gleiche Materialbasis für das erste Kunststoffmaterial und das zweite Kunststoffmaterial sowie für den Kunststoffschaum den Herstellungsprozess bezüglich Einbringung des Materials sowie Aushärtung des Materials. Darüber hinaus begünstigt eine gleiche Materialbasis generell die Haftung des ersten und/oder zweiten Kunststoffmaterials am Kunststoffschaum.
Die in der unteren Versteifungsschicht eingebettete untere Faserlage sowie ebenso die in der oberen Versteifungsschicht eingebettete obere Faserlage kann in vielfältiger Art gebildet sein. Hierbei kann sowohl eine einlagige Ausführung gewählt werden als auch eine mehrlagige Ausführungsform. Hierbei können die einzelnen Lagen der unteren Faserlage bzw. der oberen Faserlage von einem Gelege, einem Gewebe oder von ungerichteten Fasern gebildet werden. Die Verwendung eines Geleges bietet sich insbesondere in den Fällen an, wenn gezielt gerichtete Zugfestigkeiten im Bauteil erzielt werden sollen und die Fasern bei der Herstellung der Faserlage und im Folgenden bei der Herstellung des Verbundbauteils dementsprechend ausgerichtet werden können. Die Ausführung der Lage als Gewebe erleichtert erheblich die Applizierung bei Herstellung der mehrlagigen Faserlage und vereinfacht das Handling der einlagigen oder mehrlagigen Faserlage bei der weiteren Verwendung im Herstellungsprozess.
Der Einsatz von ungerichteten Fasern bietet sich insbesondere bei Verwendung von Recycling-Fasern an, wodurch erhebliche Kostenvorteile erreicht werden können. Das Handling der Faserlage bei Verwendung von insbesondere losen ungerichteten Fasern kann im Herstellungsprozess dadurch verbessert werden, wenn beispielsweise eine mehrlagige Kombination eingesetzt wird, bei der die beiden äußeren Lagen von einem Gelege und/oder einem Gewebe gebildet werden und dazwischen eine Lage aus ungerichteten Fasern eingesetzt wird. Die gebildete Faserlage mit vorteilhaft mehreren Lagen befindet sich entsprechend der Lagenbildung in der jeweiligen Versteifungsschicht.
Sofern die untere Faserlage und/oder die obere Faserlage jeweils wiederum mehrere Lagen aufweisen, so ist es von besonderem Vorteil, wenn die mehreren Lagen mittels Nähen und/oder eines Bindemittels drapierfähig miteinander verbunden wurden. Hierdurch wird erreicht, dass im Verbundbauteil die untere bzw. obere Faserlage als eine gleichmäßige Schicht in der unteren bzw. oberen Versteifungsschicht angeordnet swind. Je nach verwendetem Kunststoffmaterial für die untere Versteifungsschicht und/oder die obere Versteifungsschicht kann jedoch ebenso vorgesehen sein, dass sich das Bindemittel mit dem Kunststoffmaterial mischt bzw. von diesem vertrieben wird, so dass in der Versteifungsschicht das Bindemittel selbst im Gegensatz zu genähten Faserlagen nicht mehr identifizierbar ist.
Je nach Herstellungsverfahren kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn anstelle einer einzelnen Faserlage – welche hierbei ebenso mehrere Lagen aufweisen kann – zumindest zwei Faserlagen in der Versteifungsschicht eingesetzt werden, welche übereinander geschichtet im Kunststoffmaterial der unteren bzw. oberen Versteifungsschicht eingebettet sind. Das heißt, dass die beiden Faserlagen in der unteren Versteifungsschicht und/oder der oberen Versteifungsschicht nicht miteinander mittels Nähen oder eines sonstigen Bindemittels verbunden wurden, sondern vielmehr erst durch die Herstellung der Versteifungsschicht aufeinander zum Liegen kommen.
Zur Erzielung möglichst hoher Zugfestigkeiten in der unteren Faserlage und/oder der oberen Faserlage – womit eine hohe Biegesteifigkeit des Verbundbauteils einhergeht – werden besonders vorteilhaft mehrheitlich Glasfasern und/oder Kohlefasern und/oder Aramitfasern eingesetzt. Zur Verbesserung der Recyclingfähigkeit bzw. der Umweltbilanz kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn alternativ oder ergänzend Naturfasern, beispielsweise Flachs, Hanf, Sisal oder Bambus, eingesetzt werden.
Ein vorteilhaftes Verbundbauteil weist weiterhin aufgrund des vorteilhaften Herstellungsverfahrens in der Distanzschicht zumindest abschnittsweise ein Distanzmittel auf. Dieses Distanzmittel kann hierbei ein Abstandsgewirke, ein Geflecht oder ein retikulierter Schaum sein. Zumindest ist das Distanzmittel derart auszuführen, dass es selbst nur eine geringe Masse einnimmt und vom Kunststoffschaum durchdrungen werden kann, so dass eine flächige Verbindung zwischen dem Kunststoffschaum und dem ersten Kunststoffmaterial und dem zweiten Kunststoffmaterial vorhanden ist.
Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedarf es zunächst einmal eines Schäumwerkzeugs mit einer unteren Formhälfte und einer oberen Formhälfte, wobei die Formhälften die Gestalt des herzustellenden Verbundbauteils widerspiegeln.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren lässt sich in zwei wesentliche Abschnitte unterteilen, wobei zunächst eine im Schäumwerkzeug eingebrachte Schichtenfolge zu Erzeugen ist. Diese Schichtenfolge umfasst hierbei zumindest eine von einer ersten Materialzubereitung benetzte untere Faserlage, eine Schicht mit einer dritten Materialzubereitung und wiederum zumindest eine von einer zweiten Materialzubereitung benetzte obere Faserlage.
Im zweiten wesentlichen Abschnitt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird aus der zunächst labilen Schichtenfolge durch Verwendung des Schäumwerkzeugs das gewünschte Verbundbauteil hergestellt. Wesentlich für die Durchführung ist es hierbei, dass bei dem Aufschäumen der dritten Materialzubereitung unter Bildung der Distanzschicht mit dem Aushärten der dritten Materialzubereitung zugleich ein Aushärten der ersten Materialzubereitung unter Bildung der Versteifungsschicht und gleichzeitig ein Aushärten der zweiten Materialzubereitung unter Bildung der oberen Versteifungsschicht stattfindet. Das heißt, dass beim Aushärten der dritten Materialzubereitung unter Bildung des Kunststoffschaums zugleich ein Aushärten der ersten Materialzubereitung unter Bildung des ersten Kunststoffmaterials und ein Aushärten der zweiten Materialzubereitung unter Bildung des zweiten Kunststoffmaterials erfolgt. Nicht erforderlich ist es hierbei, dass das Aushärten aller drei Materialien gleichzeitig einsetzt und endet. Vielmehr ist es für die erfindungsgemäße Durchführung hinreichend, wenn der Aushärteprozess der drei Materialien sich zeitlich überlappt.
Abschließend bedarf es nur noch der Entnahme des fertigen Verbundbauteils aus dem Schäumwerkzeug.
Gegebenenfalls kann eine mechanische Bearbeitung erforderlich sein, um Randkonturen und/oder Passflächen abzubilden, welche nicht unmittelbar mit insbesondere hinreichender Qualität im Schäumwerkzeug abbildbar sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein erheblicher Vorteil hinsichtlich der Kosten und des Aufwands beim Herstellungsprozess erzielt. Während hingegen im Stand der Technik jeweils immer eine vorhergehende Herstellung einer Schicht des Verbundbauteils erforderlich ist, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung sämtlicher Schichten des Verbundbauteils zugleich ermöglicht. Somit kann ein Aushärten sämtlicher Schichten des Verbundbauteils in einem Prozessvorgang erfolgen. Dies beschleunigt zum einen den Herstellungsprozess und zum anderen wird hierdurch der erforderliche Aufwand insbesondere hinsichtlich notwendiger Werkzeugformen verringert.
In besonders vorteilhafter Weise kommt es beim Aushärten zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der unteren Versteifungsschicht und der Distanzschicht sowie zwischen der oberen Versteifungsschicht und der Distanzschicht. Das heißt, dass beim Aushärten der dritten Materialzubereitung unter Bildung des Kunststoffschaums zugleich ein Aushärten der ersten Materialzubereitung unter Bildung des ersten Kunststoffmaterials und ein Aushärten der zweiten Materialzubereitung unter Bildung des zweiten Kunststoffmaterials erfolgt, wobei das erste Kunststoffmaterial und das zweite Kunststoffmaterial stofflich mit dem Kunststoffschaum verbunden sind.
Ein besonderer Nebeneffekt bei diesem vorteilhaften Verfahren ist, dass ein Verbundbauteil mit besonders vorteilhafter Steifigkeit aufgrund vorteilhafter Bindung zwischen erstem Kunststoffmaterial und Kunststoffschaum sowie zwischen zweiten Kunststoffmaterial und Kunststoffschaum erreicht wird. Hierbei begünstigt die Einbringung der dritten Materialzubereitung zwischen der benetzten oberen Faserlage mit erster Materialzubereitung und der benetzten unteren Faserlage mit zweiter Materialzubereitung und die im Folgenden stattfindende gleichzeitige Aushärtung der Materialzubereitungen die Entstehung der unregelmäßigen unteren Grenzfläche zwischen der unteren Versteifungsschicht und der Distanzschicht sowie der unregelmäßigen oberen Grenzfläche zwischen der oberen Versteifungsschicht und der Distanzschicht bei wesentlich verbesserter Haftung zwischen den Kunststoffschichten untereinander.
Zur Erzeugung der Schichtenfolge stehen verschiedene Verfahrensfolgen zur Verfügung. Hierbei kann für eine erste Variante folgender Ablauf gewählt werden:
Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird eine im Schäumwerkzeug eingelegte, von einer ersten Materialzubereitung benetzte, untere Faserlage erzeugt. Wie die Benetzung der unteren Faserlage erfolgt, ist hierbei zunächst unerheblich. Ebenso bedarf es der Erzeugung einer von einer zweiten Materialzubereitung benetzten im Schäumwerkzeug eingelegten oberen Faserlage. Wiederum ist es zunächst unerheblich, wie die Benetzung der oberen Faserlage erfolgt. Wesentlich für den Prozessablauf ist es, dass im Schäumwerkzeug die benetzte untere Faserlage sowie die benetzte obere Faserlage vorhanden sind.
Nach Schließen des Werkzeugs wird eine dritte Materialzubereitung in eine Schicht zwischen der unteren benetzten Faserlage und der oberen benetzten Faserlage eingebracht. Maßgeblich bei der Anordnung der benetzten unteren Faserlage und der benetzten oberen Faserlage im Schäumwerkzeug bei nachfolgender Einbringung der dritten Materialzubereitung zwischen der unteren benetzten Faserlage und der oberen benetzten Faserlage ist es, dass sich die Materialzubereitungen nicht in unzulässiger Weise miteinander vermischen. Eine Haftung der ersten Materialzubereitung an der dritten Materialzubereitung sowie der zweiten Materialzubereitung an der dritten Materialzubereitung ist durchaus erwünscht und somit ist eine Vermischung der beiden Materialzubereitungen in der Grenzfläche unkritisch, jedoch darf durch die Einbringung der dritten Materialzubereitung keine nennenswerte Verdrängung der ersten Materialzubereitung oder zweiten Materialzubereitung stattfinden.
Dies kann einerseits vorteilhaft dadurch sichergestellt werden, indem die erste Materialzubereitung eine hinreichende Haftung an der unteren Faserlage und die zweite Materialzubereitung eine hinreichende Haftung an der oberen Faserlage aufweisen. Andererseits wird besonders vorteilhaft durch eine Anordnung der ersten Materialzubereitung im Wesentlichen unter der unteren Faserlage und/oder der zweiten Materialzubereitung im Wesentlichen oberhalb der oberen Faserlage während der Einbringung der dritten Materialzubereitung einer Verdrängung der ersten und/oder zweiten Materialzubereitung durch die dritte Materialzubereitung entgegengewirkt.
Zur Sicherstellung des Herstellungsprozesses und der gleichbleibenden Qualität des Verbundbauteils wird in besonders vorteilhafter Weise auf die benetzte untere Faserlage ein Distanzmittel aufgelegt. Je nach Erzeugung der im Schäumwerkzeug eingelegten benetzen unteren Faserlage kann das Auflegen des Distanzmittels sowohl außerhalb des Schäumwerkzeugs auf die benetzte untere Faserlage erfolgen als auch auf die im Schäumwerkzeug vorhandene benetzte untere Faserlage. Bei diesem Distanzmittel kann es sich, wie bereits zuvor angeführt, in vorteilhafter Weise um ein Geflecht, ein Abstandsgewirke oder einen retikulierten Schaum handeln. Dieses Distanzmittel stellt hierbei zum einen sicher, dass keine unmittelbare Haftung der unteren benetzten Faserlage an der oberen benetzten Faserlage, d. h. der ersten Materialzubereitung an der zweiten Materialzubereitung, noch vor Einbringung der dritten Materialzubereitung erfolgt. Zum anderen ermöglichen das Distanzmittel und der hierdurch geschaffene Freiraum zwischen der unteren benetzten Faserlage und der oberen benetzten Faserlage eine vorteilhafte Einbringung der dritten Materialzubereitung.
Je nach Erfordernis kann hierbei das Distanzmittel für einen begrenzten Teilbereich der Erstreckung des Verbundbauteils oder auf der gesamten Fläche des Verbundbauteils vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, mehrere Distanzmittel an vorteilhaften Stellen einzubringen, während hingegen in Bereichen, in denen insbesondere keine Haftung der beiden benetzten Faserlagen aneinander zu befürchten ist, auf dieses verzichtet wird.
Die Einbringung der dritten Materialzubereitung in eine Schicht zwischen der unteren benetzten Faserlage und der oberen benetzten Faserlage kann in besonders vorteilhafter Weise in das Distanzmittel erfolgen. Neben einem vollflächig ausgeführten Distanzmittel kann sowohl vorgesehen sein, dass das Distanzmittel randseitig, als auch in der Fläche des Verbundbauteils angeordnet ist. Bei einer randseitigen Anordnung des Distanzmittels ist eine Anordnung einer Einspritzdüse zur Einbringung der dritten Materialzubereitung am Seitenrand des Verbundbauteils möglich. Insbesondere bei einer größeren Erstreckung des Verbundbauteils ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Einbringung der dritten Materialzubereitung in der Fläche des Verbundbauteils erfolgt. Zu diesem Zweck weist die untere Faserlage oder die obere Faserlage in vorteilhafter Weise eine Aussparung auf, so dass an dieser Stelle eine Einbringung der dritten Materialzubereitung in ein dort anzuordnendes von der unteren bzw. oberen Formhälfte zugängliches Distanzmittel erfolgen kann.
Die Einbringung der dritten Materialzubereitung ist jedoch auch bei Verzicht auf ein Distanzmittel möglich, sofern sichergestellt werden kann, dass an der Position der Einspritzdüse zur Einbringung der dritten Materialzubereitung die untere benetzte Faserlage nicht direkt auf der oberen direkten Faserlage zum Liegen kommt. Hierbei ist es vorteilhaft möglich, eine lanzenartige Einspritzdüse im Randbereich der Formhälften einzusetzen. Hierzu wird nach Erzeugung der in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten unteren Faserlage eine randseitig angeordnete Einspritzdüse oder die Einspritzdüse umgebende Abstandshalter in die Kavität der Schäumform eingefahren, so dass bei nachfolgendem Erzeugen der in der Schäumform eingelegten oberen benetzten Faserlage und Schließen der Schäumform am Ort der Einspritzdüse die obere benetzte Faserlage nicht direkt auf der unteren benetzten Faserlage zum Liegen kommen kann. Somit ist die Einbringung der dritten Materialzubereitung in die Schicht zwischen der unteren benetzten Faserlage und der oberen benetzten Faserlage unvermindert möglich.
Die Erzeugung der im Schäumwerkzeug eingelegten benetzten unteren Faserlage kann auf verschiedene Weise erfolgen. In einem ersten Verfahren wird die erste Materialzubereitung auf die untere Formhälfte der Schäumform aufgebracht. Nachfolgend wird die untere Faserlage auf die mit der ersten Materialzubereitung beschichtete untere Formhälfte aufgelegt, wodurch ein Benetzen der unteren Faserlage mit der ersten Materialzubereitung erfolgt. Im Ergebnis befindet sich eine untere benetzte Faserlage auf der unteren Formhälfte.
Alternativ hierzu ist es möglich, die untere Faserlage außerhalb des Schäumwerkzeugs aufzuspannen, wobei die erste Materialzubereitung auf die aufgespannte untere Faserlage aufgetragen wird. Die somit benetzte untere Faserlage wird in einem nachfolgenden Schritt auf die untere Formhälfte aufgelegt. Hierbei kann sowohl vorgesehen sein, dass die benetzte untere Faserlage in gleicher Orientierung, d. h. mit der Materialauftragsseite auf der von der unteren Formhälfte wegweisenden Seite der unteren Faserlage, aufgelegt wird, wie auch ein Wenden der benetzten unteren Faserlage vorgenommen werden kann. Dies richtet sich nach dem Durchdringungsgrad der ersten Materialzubereitung in der unteren Faserlage und der Haftung der ersten Materialzubereitung an der unteren Faserlage.
Weiterhin ist es zur Erzeugung der in der unteren Formhälfte eingelegten unteren benetzten Faserlage ebenso möglich, zunächst die untere Faserlage auf die untere Formhälfte aufzulegen, wobei nachfolgend die erste Materialzubereitung auf die in der unteren Formhälfte eingelegte untere Faserlage aufgebracht wird.
Unabhängig von der gewählten Vorgehensweise ist es wesentlich, dass sich in der unteren Formhälfte die von der ersten Materialzubereitung benetzte untere Faserlage befindet.
Hinsichtlich der Wahl, welche Alternative zur Erzeugung der in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten Faserlage gewählt wird, ist des Weiteren zu berücksichtigen, welche bevorzugte Position die Faserlage innerhalb der herzustellenden Versteifungsschicht haben soll. Sofern keine höheren Ansprüche an die Oberflächenqualität gestellt werden, wobei die Faserlage beim Verbundbauteil erkennbar sein darf, und weiterhin eine hohe Haftung zwischen dem ersten Kunststoffmaterial der unteren Versteifungsschicht und dem Kunststoffschaum der Distanzschicht gefordert wird, ist die benetzte untere Faserlage derart zu erzeugen, dass der Materialauftrag sich auf der von der unteren Formhälfte wegweisenden Seite der Faserlage befindet. Werden hingegen höhere Ansprüche an die Oberflächenqualität gestellt, so sollte sich der Materialauftrag auf der zur unteren Formhälfte wegweisenden Seite der Faserlage befinden.
Zur Erzeugung der im Schäumwerkzeug eingelegten benetzten oberen Faserlage stehen ebenso mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Einerseits kann eine zur unteren Faserlage äquivalente Vorgehensweise gewählt werden. Hierzu kann übereinstimmend zunächst die zweite Materialzubereitung auf die obere Formhälfte des Schäumwerkzeugs aufgebracht werden, wobei nachfolgend die obere Faserlage auf die mit der zweiten Materialzubereitung beschichtete obere Formhälfte aufgelegt wird.
Ebenso ist es analog möglich, zunächst die obere Faserlage außerhalb des Schäumwerkzeugs aufzuspannen und die zweite Materialzubereitung auf die aufgespannte obere Faserlage aufzutragen. Nachfolgend kann die benetzte obere Faserlage auf die obere Formhälfte aufgelegt werden.
Weiterhin kann analog zur Erzeugung der unteren benetzten Faserlage die obere Faserlage zunächst auf die obere Formhälfte aufgelegt werden, wobei nachfolgend die zweite Materialzubereitung auf die in der oberen Formhälfte aufgelegte obere Faserlage aufgebracht wird.
Im Gegensatz zur Erzeugung der in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten unteren Faserlage stehen zur Erzeugung der im Schäumwerkzeug angeordneten benetzten oberen Faserlage weitere Möglichkeiten zur Verfügung. Diese Alternativen bieten sich insbesondere für den Fall an, dass eine in der oberen Formhälfte eingelegte obere benetzte Faserlage keinen hinreichenden temporären Halt hat, so dass bei einem Schließen des Schäumwerkzeugs durch Fügen der oberen Formhälfte auf die untere Formhälfte ein Verrutschen oder Verlust der oberen benetzten Faserlage aus der oberen Formhälfte zu befürchten ist.
Hierbei kann in einer Ausführungsvariante zunächst die obere Faserlage außerhalb des Schäumwerkzeugs aufgespannt und mit der zweiten Materialzubereitung versehen werden, wobei in diesem Fall nunmehr die benetzte obere Faserlage statt auf die obere Formhälfte nunmehr in die untere Formhälfte direkt oder indirekt auf die bereits darin befindliche untere benetzte Faserlage aufgelegt werden kann.
Ebenso kann alternativ die obere Faserlage zunächst vor der Benetzung in die untere Formhälfte direkt oder indirekt auf die untere sich bereits in der unteren Formhälfte befindliche untere benetzte Faserlage aufgelegt werden, wobei nachfolgend die zweite Materialzubereitung auf die obere Faserlage aufgebracht wird.
Sofern eine direkte Auflage der oberen benetzten Faserlage auf der unteren benetzten Faserlage vorhanden ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Materialzubereitungen derart auf die Faserlagen aufgebracht werden, dass diese sich im Wesentlichen auf den zueinander abgewandten Seiten der Faserlagen befinden. In vorteilhafter Weise erfolgt hierzu die Erzeugung der ersten in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten unteren Faserlage durch ein vorhergehendes Einbringen der ersten Materialzubereitung in die untere Formhälfte mit Auflage der unteren Faserlage, wobei zur Erzeugung der oberen benetzten Faserlage die obere Faserlage auf die im unteren Schäumwerkzeug befindliche untere benetzte Faserlage aufgelegt und nachfolgend die zweite Materialzubereitung aufgetragen wird. Bei hinreichend kleiner Zeitspanne bis zur Einbringung der dritten Materialzubereitung kann somit eine Haftung der ersten Materialzubereitung an der zweiten Materialzubereitung durch die lose aufeinander liegende untere und obere Faserlage verhindert werden, noch bevor diese Faserlagen vollständig von der jeweiligen Materialzubereitung durchsetzt sind.
Zur Erzeugung der Schichtenfolge steht unter Verwendung eines Versteifungsverbunds als alternative Verfahrensfolge weiterhin folgende zweite Variante zur Verfügung:
Ein weiteres besonders vorteilhaftes Verfahren wird dadurch ermöglicht, wenn zunächst ein die untere Faserlage und die obere Faserlage umfassender drapierfähiger Versteifungsverbund hergestellt wird, wobei ein Distanzmittel zwischen der unteren Faserlage und der oberen Faserlage angeordnet wird. Das heißt, dass noch vor einer Benetzung der unteren Faserlage oder der oberen Faserlage zunächst ein Versteifungsverbund hergestellt wird, bei dem die untere Faserlage und die obere Faserlage in geometrisch zueinander korrekter Position positioniert und durch das Distanzmittel zueinander beabstandet sind. Folglich bedarf es im weiteren Herstellungsprozess innerhalb der Fertigung nur der Handhabung und Positionierung des Versteifungsverbunds anstelle der Handhabung und Positionierung sowohl der unteren Faserlage als auch der oberen Faserlage. Der Einsatz des Distanzmittels am Versteifungsverbund verbessert das Handling entsprechenden Versteifungsverbundes und somit die Einbringung im Schäumwerkzeug.
Wie die untere Faserlage und/oder die obere Faserlage am Distanzmittel zur Bildung des Versteifungsverbunds befestigt sind, ist hierbei zunächst unerheblich, wobei in besonders vorteilhafter Weise die Elemente aneinander angenäht sind. Wesentlich ist, dass sichergestellt wird, dass der Versteifungsverbund der Kontur des Verbundbauteils folgen kann, ohne dass der Versteifungsverbund beim Einlegen im Schäumwerkzeug unzulässig verzerrt wird und hierbei beispielsweise die untere Faserlage zur oberen Faserlage nicht seinen vorgesehenen Abstand einnehmen kann. Hierbei ist in naheliegender Weise Rücksicht auf die vorgegebene Kontur des Verbundbauteils zu nehmen, wobei in naheliegender Weise in ebener Ausführung keine besonderen Maßnahmen zu treffen sind, während hingegen insbesondere bei starken Krümmungen gegebenenfalls auf einen Versteifungsverbund zu verzichten ist.
Bei Verwendung eines Versteifungsverbunds kann die Erzeugung der benetzten unteren Faserlage sowie der benetzten oberen Faserlage auf verschiedenen Wegen erfolgen, wobei sich zwei vorteilhafte Alternativen anbieten:
In einer ersten Alternative wird vor dem Einbringen des Versteifungsverbunds in das Schäumwerkzeug zunächst die erste Materialzubereitung auf die untere Formhälfte aufgebracht, wobei im Folgenden der Versteifungsverbund auf die mit der ersten Materialzubereitung beschichtete untere Formhälfte aufgelegt wird. Somit entsteht zunächst die benetzte untere Faserlage. Nunmehr wird auf den sich in unterer Formhälfte befindlichen Versteifungsverbund die zweite Materialzubereitung aufgetragen, womit die benetzte obere Faserlage entsteht.
In der zweiten Alternative wird der Versteifungsverbund außerhalb des Schäumwerkzeugs aufgespannt und zunächst mit der ersten Materialzubereitung versehen, wodurch die benetzte unterer Faserlage entsteht. Nach einem Wenden des einseitig benetzten Versteifungsverbund wird nachfolgend die zweite Materialzubereitung unter Bildung der benetzten oberen Faserlage aufgetragen. Dieser beidseitig benetzte Versteifungsverbund wird im Folgenden auf die untere Formhälfte der Schäumform aufgelegt.
Zur Erzeugung der Schichtenfolge mit einem Materialauftrag außerhalb des Schäumwerkzeugs steht als alternative Verfahrensfolge weiterhin folgende dritte Variante mit wiederum alternativen Unterschritten zur Verfügung:
Außerhalb des Schäumwerkzeugs wird die untere Faserlage aufgespannt und mit der ersten Materialzubereitung unter Bildung der benetzten unteren Faserlage versehen, sowie dies auch von zuvor erläuterten Herstellungsalternativen bekannt ist.
In einer Alternative für diese dritte Verfahrensvariante wird analog der ersten benetzten unteren Faserlage in gleicher Weise außerhalb des Schäumwerkzeugs die obere Faserlage aufgespannt und mit der zweiten Materialzubereitung unter Bildung der benetzten oberen Faserlage versehen.
Parallel, zuvor oder nachfolgend der Erzeugung der benetzten oberen Faserlage wird auf die benetzte untere Faserlage in besonders vorteilhafter Weise ein Distanzmittel aufgelegt. Wobei nunmehr der Auftrag der dritten Materialzubereitung auf die benetzte untere Faserlage erfolgt.
Auf die dritte Materialzubereitung bzw. sofern vorhanden auf das von der dritten Materialzubereitung durchsetzte Distanzmittel wird die benetzte obere Faserlage aufgelegt.
Die Erzeugung der benetzten oberen Faserlage kann alternativ zu vorher geschildertem Ablauf allerdings auch vorgenommen werden, nachdem bereits die dritte Materialzubereitung auf die benetzte untere Faserlage aufgetragen wurde. Hierzu wird die oberer Faserlage auf die dritte Materialzubereitung bzw. sofern vorhanden auf das von der dritten Materialzubereitung durchsetzte Distanzmittel aufgelegt.
Nachfolgend ist der Auftrag der zweiten Materialzubereitung auf die obere Faserlage erforderlich, wodurch die benetzte obere Faserlage gebildet wird.
Unabhängig von der Reihenfolge der Bildung der benetzten oberen Faserlage ist nach Bildung der Schichtenfolge die Einbringung in das Schäumwerkzeug zum Aufschäumen der dritten Materialzubereitung und dem Aushärten aller drei Materialzubereitungen erforderlich.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Aufbringung der Materialzubereitungen sowohl durch einen über die Fläche verfahrbaren Sprühkopf erfolgen kann, als auch beispielsweise durch den Durchlauf durch einen Vorhang aus entsprechender Materialzubereitung. Andere Aufbringungsverfahren sind vom erfindungsgemäßen Verfahren nicht ausgeschlossen.
In Abhängigkeit von der Zähigkeit der Materialzubereitungen und der gewählten Reihenfolge zur Herstellung der benetzten unteren Faserlage, der benetzten oberen Faserlage und der Einbringung der dritten Materialzubereitung kann es erforderlich sein, die Durchlässigkeit der oberen Faserlage und/oder der unteren Faserlage gezielt zu modifizieren. Hierbei kann einerseits die Art der Faserlage bzw. eine der Lagen bei Verwendung einer mehrlagigen Faserlage entsprechend der erforderlichen Dichtheit ausgewählt werden, d. h. beispielsweise ein dichtes feines Gewebe anstelle eines groben Gewebes.
Alternativ ist es auch möglich eine weitere Schicht zur benetzten unteren Faserlage und/oder zur benetzten oberen Faserlage hinzuzufügen. Hierbei kann es sich um ein Vlies handeln, welches bei der Erzeugung der entsprechenden benetzten Faserlage auf der zur Distanzschicht weisenden Seite appliziert wird.
Bei Wahl einer Versteifungsschicht mit zwei oder mehr Faserlagen ist der Prozess zur Herstellung einer benetzten Faserlage entsprechend oft zu wiederholen. Für jede Wiederholung der Erzeugung der benetzen Faserlage kann je nach zuvor gewähltem Verfahren jedoch die Verfahrensweise zur Herstellung der benetzten Faserlage neu festgelegt werden. So kann beispielsweise zur Erzeugung einer unteren Versteifungsschicht mit zwei Faserlagen außerhalb des Werkzeugs eine erste benetzte untere Faserlage erzeugt werden, welche in die untere Formhälfte eingelegt wird. Auf diese kann beispielsweise eine weitere untere Faserlage aufgelegt werden, welche wiederum durch einen Auftrag der ersten Materialzubereitung benetzt wird.
Im Gegensatz hierzu bildet die Verwendung von beispielsweise einer ersten Lage als Gewebe für die untere Versteifungsschicht mit einer nachfolgenden Verwendung einer zweiten Lage als Gelege für die untere Versteifungsschicht mit einmaligem Benetzen mit der ersten Materialzubereitung eine einzelne mehrlagige untere Faserlage der unteren Versteifungsschicht.
Zur korrekten Abbildung der Kontur der unteren und der oberen Formhälfte im herzustellenden Verbundbauteil ist es besonders vorteilhaft, wenn durch einen beim Ausschäumen entstehender Schäumdruck die benetzte untere Faserlage gegen die untere Formhälfte der Schäumform und die benetzte obere Faserlage gegen die obere Formhälfte der Schäumform gepresst werden. Außer dass hiermit die Versteifungsschichten durch die Distanzschicht zur Erzielung der geforderten Biegesteifigkeit beabstandet werden, wird hierdurch die Oberflächenqualität des Verbundbauteils positiv beeinflusst.
Das erfindungsgemäße bzw. ein dazu vorteilhaftes Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung eines Verbundbauteils aus unterer Versteifungsschicht, Distanzschicht und oberer Versteifungsschicht. Vielmehr kann dieses ebenso zur Herstellung eines kaschierten Verbundbauteils verwendet werden.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn zunächst in die untere Formhälfte und/oder in die obere Formhälfte eine Kaschierungsschicht aufgelegt wird. Als Kaschierungsschicht stehen verschiedenste Ausführungen zur Verfügung, wobei es sich hierbei um eine Stoffschicht sowie um eine Folienschicht handeln kann. Auch Tiefziehteile verschiedener Art sind verwendbar. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße bzw. ein dazu vorteilhaftes Verfahren zur Erzeugung des Verbundbauteils eingesetzt. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer vorhergehenden Applizierung einer Kaschierungsschicht in der unteren und/oder oberen Formhälfte wird ein Mehrschichtverbund mit einer flächigen Haftung zwischen der in der unteren Formhälfte eingelegten Kaschierungsschicht und der unteren Versteifungsschicht und/oder zwischen der in der oberen Formhälfte eingelegten Kaschierungsschicht und der oberen Versteifungsschicht erreicht.
In den nachfolgenden Figuren werden eine beispielhafte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil sowie verschiedene Varianten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert.
Es zeigen:
1 ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil;
2 eine Figurenfolge zur Erzeugung einer in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten unteren Faserlage;
3 eine alternative Herstellungsweise zur Erzeugung einer in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten unteren Faserlage;
4 ein Beispiel zur Fertigstellung des Verbundbauteils ausgehend von der in der unteren Formhälfte eingelegten unteren benetzten Faserlage;
5 eine beispielhaftes Herstellungsverfahren mit einem Versteifungsverbund.
In der 1 wird eine beispielhafte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 01 skizziert. Zu erkennen ist der mehrschichtige Aufbau mit der unteren Versteifungsschicht 03, der oberen Versteifungsschicht 04 sowie der dazwischen angeordneten Distanzschicht 21. Hierbei weist die untere Versteifungsschicht 03 eine untere Faserlage 13 auf, welche 13 eingebettet ist in ein erstes Kunststoffmaterial 05. In analoger Weise ist die obere Versteifungsschicht 04 aufgebaut und weist entsprechend eine obere Faserlage 14 eingebettet in ein zweites Kunststoffmaterial 06 auf. Die Distanzschicht 21 wird hingegen im Wesentlichen von Kunststoffschaum 22 gebildet. Durch hohe Zugfestigkeiten der unteren Faserlage 13 bzw. der oberen Faserlage 14 und des durch die Distanzschicht 21 gebildeten Abstandes zwischen der unteren Faserlage 13 und oberen Faserlage 14 gebildeten Abstands wird eine hohe Biegesteifigkeit erzielt, wobei das Verbundbauteil 01 aufgrund der geringen Dichte des die Distanzschicht 21 bildenden Kunststoffschaums 22 ein geringes Gewicht aufweist.
Die untere Faserlage 13 und die obere Faserlage 14 können vielfältig gebildet sein, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die untere Faserlage 13 als erste Lage 15a ein Gewebe aufweist, zwischengeordnet eine zweite Lage 15b aus ungerichteten Fasern angeordnet ist und folgend eine dritte Lage 15c und eine vierte Lage 15d als längsgerichtetes und quergerichtetes Gelege eingesetzt wird. Der Einsatz des Gewebes 15a erleichtert das Handling der unteren Faserlage 13, wobei die Verwendung von längsgerichteten und quergerichteten Gelegen 15c, 15d besonders vorteilhaft hohe Steifigkeiten in vorgegebenen Richtungen ermöglicht. Die Verwendung von zwischen der ersten Lage 15a und der dritten Lage 15c angeordneten zweiten Lage 15b mit ungerichteten Fasern ermöglicht insbesondere eine kostengünstige Herstellung, wobei hierzu insbesondere Recyclingfasern eingesetzt werden können.
Die obere Faserlage 14 weist einen zur unteren Faserlage 13 analogen Aufbau auf und insofern wird hinsichtlich der Ausführung darauf verwiesen.
Innerhalb der Distanzschicht 21 ist im Kunststoffschaum 22 eingebettet ein Distanzmittel 25 angeordnet. Wenngleich dieses Distanzmittel 25 beim fertigen Verbundbauteil 01 von untergeordneter Bedeutung ist, so ist dieses Distanzmittel 25 beim Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Verbundbauteils 01 von besonderem Vorteil. Wesentliche Aufgabe des Distanzmittels 25 ist es, eine im Wesentlichen ungehinderte Durchströmung der dritten Materialzubereitung zu ermöglichen, wobei dieses hierzu vollständig vom Kunststoffschaum 22 durchsetzt sein kann.
Besonders charakteristisch für das erfindungsgemäße Verbundbauteil ist die besonders geformte untere Grenzfläche 07 als Grenze zwischen dem ersten Kunststoffmaterial 05 der unteren Versteifungsschicht 03 und dem Kunststoffschaum 22 der Distanzschicht 21 sowie die obere Grenzfläche 08 als Grenze zwischen dem zweiten Kunststoffmaterial 06 der oberen Versteifungsschicht 04 und dem Kunststoffschaum 22 der Distanzschicht 21. Wie der Skizze zu entnehmen ist, weisen die untere Grenzfläche 07 sowie die obere Grenzfläche 08 eine unregelmäßige Struktur auf, wobei die Rauheit im Verhältnis zur Stärke der unteren Versteifungsschicht 03 bzw. der oberen Versteifungsschicht 04 relativ groß ist und hierbei zumindest 10% beträgt.
Die Figurenfolge 4 skizziert schematisch eine Variante zur Erzeugung einer in der unteren Formhälfte eingelegten benetzten unteren Faserlage, wobei diese den folgenden Ablauf aufweist: Zunächst wird außerhalb der Schäumvorrichtung 30 eine untere Faserlage 13 aufgespannt – 2a. Nachfolgend erfolgt eine Benetzung der unteren Faserlage 13 durch Aufsprühen einer ersten Materialzubereitung 17 mittels eines Sprühkopfs 34 unter Bildung einer benetzten unteren Faserlage 11 – 2b. Die benetzte untere Faserlage 11 wird in die untere Formhälfte 31 eingelegt – 2c. Somit ist die Erzeugung der in der unteren Formhälfte 31 eingelegten unteren benetzten Faserlage 11 abgeschlossen – 4d.
In der Figurenfolge 3 wird eine zur Figurenfolge 2 alternative Vorgehensweise skizziert. Hierbei wird zunächst auf der unteren Formhälfte 31 die erste Materialzubereitung 17 gleichfalls mit Hilfe eine Sprühkopfs 34 aufgetragen – 3a. Die aufgespannte untere Faserlage 13 wird im Folgenden in die untere Formhälfte eingebracht – 3b. Somit liegt ebenfalls die in der unteren Formhälfte 31 eingelegte untere benetzte Faserlage 11 vor – 3c.
Eine weitere Vorgehensweise zur Erzeugung einer in der unteren Formhälfte 31 eingelegten und benetzten unteren Faserlage 11 wird nicht skizziert, lässt sich jedoch leicht anhand der vorhergehenden Beispiele erschließen. Somit wäre es ebenso möglich, zunächst in die untere Formhälfte 31 die zuvor aufgespannte untere Faserlage 13 einzulegen, wobei nachfolgend mit Hilfe des Sprühkopfs 34 die Aufbringung der ersten Materialzubereitung 17 erfolgt.
Die Erzeugung der oberen benetzten Faserlage kann analog zur Erzeugung der in der unteren Formhälfte eingelegten unteren benetzten Faserlage 11 erfolgen. Somit wurde auf die Darstellung diesbezüglich verzichtet.
Eine beispielhafte Vorgehensweise zur Erzeugung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils ausgehend von der bereits in unterer Formhälfte 31 erzeugten benetzten unteren Faserlage 11 wird in der Figurenfolge 4 skizziert. Hierbei wird zunächst auf die in der unteren Formhälfte 31 befindliche untere benetzte Faserlage 11 ein Distanzmittel 25 aufgelegt – 4a. Hierbei überdeckt das Distanzmittel 25 lediglich einen Bereich des sich über einen größeren Bereich erstreckenden Verbundbauteils 01. Weiterhin wird im Randbereich eine Einspritzdüse 37 in Richtung der Kavität der Schäumform ausgefahren, wobei sich die untere benetzte Faserlage 11 zwischen der unteren Formhälfte 31 und der Einspritzdüse 37 befindet. Nachfolgend erfolgt die Aufbringung der oberen benetzten Faserlage 12 – 4b, wobei die obere benetzte Faserlage 12 analog zur Vorgehensweise gemäß 2a zur Erzeugung der unteren benetzten Faserlage 11 hergestellt sein kann.
Aufgrund der Labilität der oberen benetzten Faserlage 12 liegt diese 12 in Bereichen abseits des Distanzmittels 25 bereichsweise auf der unteren benetzten Faserlage 11 auf – 4c. Bei der Einspritzdüse 37 im Seitenrand der Schäumform verhindert diese 37 jedoch selbst eine Auflage der oberen benetzten Faserlage 12 auf der der unteren benetzten Faserlage 11.
Die Schäumform kann nunmehr durch Aufbringung der oberen Formhälfte 32 geschlossen werden, wobei sodann durch die seitlich angeordnete Einspritzdüse 37 sowie eine in der oberen Formhälfte 32 angeordnete Einspritzdüse 36 die dritte Materialzubereitung eingebracht werden kann. An der Position der Einspritzdüse 36 in der oberen Formhälfte 32 ist eine Aussparung in der oberen benetzten Faserlage 12 vorhanden, so dass von der Einspritzdüse 36 ungehindert die dritte Materialzubereitung 23 in das Distanzmittel 25 und von dort zwischen die untere benetzte Faserlage 11 und die obere benetzte Faserlage 12 eingebracht werden kann – 4d.
Anstelle der separaten Erzeugung der unteren benetzten Faserlage und Einbringung in das Schäumwerkzeug und der oberen benetzten Faserlage mit Einbringung in das Schäumwerkzeug kann zunächst ein Versteifungsverbund hergestellt sein, sowie dies in der Figurenfolge 5 skizziert wird. Hierzu wird beidseitig auf ein Distanzmittel 25 eine untere Faserlage 13 und eine obere Faserlage 14 angeordnet – 5a.
Durch ein beispielhaftes Vernähen von unterer Faserlage 13 und oberer Faserlage 14 beim zwischenliegenden Distanzmittel 25 entsteht ein Versteifungsverbund 27 – 5b. Dieser 27 lässt sich im Folgenden wesentlich leichter handhaben als die deutlich labilere untere Faserlage 13 und obere Faserlage 14.
Analog zu den vorhergehenden Verfahren aus 2 kann die Aufbringung der ersten Materialzubereitung 17 sowie der zweiten Materialzubereitung 18 nach einem Aufspannen des Versteifungsverbunds 27 erfolgen – 5c.
Nachfolgend wird der beidseitig benetzte Versteifungsverbund mit unterer benetzter Faserlage 11 und oberer benetzter Faserlage 12 mit zwischenliegendem Distanzmittel 25 in die untere Formhälfte 31 eingelegt – 5d.
Nunmehr kann analog dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Einbringung der dritten Materialzubereitung erfolgen.
Aus den in den Figuren skizzierten Möglichkeiten zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils lassen sich die weiteren Herstellungsalternativen ohne Weiteres ableiten. Somit bedarf es keiner diesbezüglichen zeichnerischen Darstellung. Insbesondere ist es offensichtlich, dass die Reihenfolge von Verwendung der entsprechenden Formhälfte der Faserlage und der Aufbringung der Materialzubereitung variiert werden kann.

Claims

Verbundbauteil (01) mit einer unteren Versteifungsschicht (03) größerer Dichte und geringerer Dicke, welche (03) zumindest eine in einem ersten Kunststoffmaterial (05) eingebettete untere Faserlage (13) aufweist, mit einer oberen Versteifungsschicht (04) größerer Dichte und geringerer Dicke, welche (04) zumindest eine in einem zweiten Kunststoffmaterial (06) eingebettete obere Faserlage (14) aufweist, und mit einer zwischen der unteren Versteifungsschicht (03) und der oberen Versteifungsschicht (04) angeordneten Distanzschicht (21) geringerer Dichte und größerer Dicke, welche (21) einen Kunststoffschaum (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial (05) und das zweite Kunststoffmaterial (06) mit dem Kunststoffschaum (22) stoffschlüssig verbunden sind, wobei eine untere Grenzfläche (07) zwischen der unteren Versteifungsschicht (03) und der Distanzschicht (21) und eine obere Grenzfläche (08) zwischen der oberen Versteifungsschicht (04) und der Distanzschicht (21) unregelmäßig geformt sind.
Verbundbauteil (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauheit Ra der unteren Grenzfläche (07) größer als 10% der mittleren Stärke der unteren Versteifungsschicht (03) und/oder die Oberflächenrauheit Ra der oberen Grenzfläche (08) größer als 10% der mittleren Stärke der oberen Versteifungsschicht (04) ist.
Verbundbauteil (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial (05) und/oder das zweite Kunststoffmaterial (06) Polyurethan und der Kunststoffschaum (22) Polyurethanschaum sind.
Verbundbauteil (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Faserlage (13) und/oder die obere Faserlage (14) zumindest eine Lage (15a, 15b, 15c, 15d) aufweisen, welche ein Gelege (15c, 15d) oder ein Gewebe (15a) sind oder von ungerichteten Fasern (15b), insbesondere Recycling-Fasern, gebildet werden.
Verbundbauteil (01) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Faserlage (13) und/oder die obere Faserlage (14) mehrere Lagen (15a, 15b, 15c, 15d) umfassen, welche (15a, 15b, 15c, 15d) mittels Nähen und/oder mittels eines Bindemittels drapierfähig miteinander verbunden wurden.
Verbundbauteil (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Versteifungsschicht (03) und/oder die obere Versteifungsschicht (04) zumindest zwei Faserlagen (13, 14) aufweisen, welche im Kunststoffmaterial (05, 06) eingebettet sind.
Verbundbauteil (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Faserlage (13) und/oder die obere Faserlage (14) mehrheitlich aus Glasfasern und/oder Kohlefasern und/oder Aramidfasern und/oder Naturfasern hergestellt sind.
Verbundbauteil (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Distanzschicht (21) zumindest abschnittsweise ein Abstandsgewirke oder ein Geflecht (25) oder ein retikulierter Schaum als Distanzmittel eingebettet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (01) gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung eines Schäumwerkzeuges mit den Schritten: – Erzeugung einer im Schäumwerkzeug eingebrachten Schichtenfolge umfassend eine von einer ersten Materialzubereitung (17) benetzte untere Faserlage (11), eine Schicht mit dritter Materialzubereitung (23) und eine von einer zweiten Materialzubereitung (18) benetzte obere Faserlage (12); – Aufschäumen und Aushärten der dritten Materialzubereitung (23) unter Bildung der Distanzschicht (21) bei gleichzeitigem Aushärten der ersten Materialzubereitung (17) unter Bildung der unteren Versteifungsschicht (03) und gleichzeitigem Aushärten der zweiten Materialzubereitung (18) unter Bildung der oberen Versteifungsschicht (04); – Entnahme des Verbundbauteils (01) aus dem Schäumwerkzeug.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aushärten eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der unteren Versteifungsschicht (03) und der Distanzschicht (21) und zwischen der oberen Versteifungsschicht (04) und der Distanzschicht (21) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch folgenden Ablauf zur Erzeugung der Schichtenfolge: – Erzeugung einer von einer ersten Materialzubereitung (17) benetzten im Schäumwerkzeug eingelegten unteren Faserlage (11); – insbesondere Auflage zumindest eines Distanzmittels (25) auf die benetze untere Faserlage (11) außerhalb oder im Schäumwerkzeug; – Erzeugung einer von einer zweiten Materialzubereitung (18) benetzten im Schäumwerkzeug eingelegten oberen Faserlage (12); – Schließen des Schäumwerkzeuges; – Einbringen einer dritten Materialzubereitung (23) in eine Schicht zwischen der benetzten unteren Faserlage (11) und der benetzten oberen Faserlage (12), insbesondere in das Distanzmittel (25).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Schäumwerkzeug eine untere Formhälfte (31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Benetzung der unteren Faserlage (13) – zunächst die erste Materialzubereitung (17) auf die untere Formhälfte (31) aufgebracht wird, wobei nachfolgend die untere Faserlage (13) auf die mit der ersten Materialzubereitung (17) beschichtete untere Formhälfte (31) aufgelegt wird; und/oder – zunächst die untere Faserlage (13) außerhalb des Schäumwerkzeuges aufgespannt und die erste Materialzubereitung (17) aufgetragen wird, wobei nachfolgend die benetzte untere Faserlage (11) auf die untere Formhälfte (31) aufgelegt wird; und/oder – zunächst die untere Faserlage (13) auf die untere Formhälfte (31) aufgelegt wird, wobei nachfolgend die erste Materialzubereitung (17) auf die untere Faserlage (13) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Schäumwerkzeug eine obere Formhälfte (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Benetzung der oberen Faserlage (14) – zunächst die zweite Materialzubereitung (18) auf die obere Formhälfte (32) aufgebracht wird, wobei nachfolgend die obere Faserlage (14) auf die mit der zweiten Materialzubereitung (18) beschichtete obere Formhälfte (32) aufgelegt wird; und/oder – zunächst die obere Faserlage (14) außerhalb des Schäumwerkzeuges aufgespannt und die zweite Materialzubereitung (18) aufgetragen wird, wobei nachfolgend die benetzte obere Faserlage (12) auf die obere Formhälfte (32) aufgelegt wird; und/oder – zunächst die obere Faserlage (14) auf die obere Formhälfte (32) aufgelegt wird, wobei nachfolgend die zweite Materialzubereitung (18) auf die obere Faserlage (14) aufgebracht wird; und/oder – zunächst die obere Faserlage (14) außerhalb des Schäumwerkzeuges aufgespannt und die zweite Materialzubereitung (18) aufgetragen wird, wobei nachfolgend die benetzte obere Faserlage (12) in die untere Formhälfte (31) direkt oder indirekt auf die untere benetzte Faserlage (11) aufgelegt wird; und/oder – die obere Faserlage (14) in die untere Formhälfte (32) direkt oder indirekt auf die untere benetze Faserlage (11) aufgelegt wird, wobei nachfolgend die zweite Materialzubereitung (18) auf die obere Faserlage (14) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch folgenden Ablauf zur Erzeugung der Schichtenfolge: – Herstellung eines die untere Faserlage (13) und die obere Faserlage (14) umfassenden drapierfähigen Versteifungsverbunds (27), wobei ein Distanzmittel (25) zwischen der unteren Faserlage (13) und der oberen Faserlage (14) angeordnet wird, wobei insbesondere die untere Faserlage (13) und/oder obere die Faserlage (14) am Distanzmittel (25) angenäht sind; – Erzeugung eines im Schäumwerkzeug eingelegten Versteifungsverbunds mit einer benetzten unteren Faserlage (11) und einer benetzten oberen Faserlage (12); – Schließen des Schäumwerkzeuges; – Einbringen einer dritten Materialzubereitung (23) in eine Schicht zwischen der benetzten unteren Faserlage (11) und der benetzten oberen Faserlage (12), insbesondere in das Distanzmittel (25).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Schäumwerkzeug eine untere Formhälfte (31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Benetzung der unteren Faserlage (13) und der oberen Faserlage (14) – zunächst die erste Materialzubereitung (17) auf die untere Formhälfte (31) aufgebracht wird, wobei nachfolgend der Versteifungsverbund (27) auf die mit der ersten Materialzubereitung (17) beschichtete untere Formhälfte (31) aufgelegt wird, wobei nachfolgend die zweite Materialzubereitung (18) auf den Versteifungsverbund (27) aufgebracht wird; und/oder – zunächst der Versteifungsverbund (27) außerhalb des Schäumwerkzeuges aufgespannt und die erste Materialzubereitung (17) aufgetragen wird, wobei nach Wenden des Versteifungsverbunds (27) die zweite Materialzubereitung (18) auf den Versteifungsverbunds (27) aufgetragen wird, wobei nachfolgend der die untere benetzte Faserlage (11) und obere benetzte Faserlage (12) umfassende Versteifungsverbund (27) auf die untere Formhälfte (31) aufgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch folgenden Ablauf zur Erzeugung der Schichtenfolge: – Aufspannen der unteren Faserlage (13) außerhalb des Schäumwerkzeuges und Auftrag der ersten Materialzubereitung (17); – Aufspannen der oberen Faserlage (14) außerhalb des Schäumwerkzeuges und Auftrag der zweiten Materialzubereitung (18); – insbesondere Auflage eines Distanzmittels (25) auf die benetzte untere Faserlage (11); – Auftrag der dritten Materialzubereitung (23) auf die aufgespannte benetzte untere Faserlage (11); – Auflage der benetzten oberen Faserlage (12) auf die dritte Materialzubereitung (23); – Einlegen der Schichtenfolge in das Schäumwerkzeug; und/oder – Aufspannen der unteren Faserlage (13) außerhalb des Schäumwerkzeuges und Auftrag der ersten Materialzubereitung (17); – insbesondere Auflage eines Distanzmittels (25) auf die benetzte untere Faserlage (11); – Auftrag der dritten Materialzubereitung (23) auf die aufgespannte benetzte untere Faserlage (11); – Auflage der oberen Faserlage (14) auf die dritte Materialzubereitung und Auftrag der zweiten Materialzubereitung (18); – Einlegen der Schichtenfolge in das Schäumwerkzeug.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen beim Ausschäumen entstehenden Schäumdruck die benetzte untere Faserlage (11) gegen eine untere Formhälfte (31) der Schäumform und die benetzte obere Faserlage (12) gegen eine obere Formhälfte (32) der Schäumform gepresst wird.
Verfahren zur Herstellung eines kaschierten Verbundbauteils unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorhergehend auf die untere Formhälfte (31) eine Kaschierungsschicht aufgelegt wird, welche durch den nachfolgenden Prozess stoffschlüssig mit der unteren Versteifungsschicht (03) verbunden wird, und/oder auf die obere Formhälfte (32) eine Kaschierungsschicht aufgelegt wird, welche durch den nachfolgenden Prozess stoffschlüssig mit der oberen Versteifungsschicht (04) verbunden wird.