DE102013216647A1

DE102013216647A1 - Innenausstattungsteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102013216647A1
Application number: DE201310216647
Authority: DE
Inventors: Josef Ulrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Innenausstattungsteil für ein Fahrzeug mit einem Strukturteil aus faserverstärktem Kunststoff, wobei in einer Kunststoffmatrix Verstärkungsfaser vorgesehen sind, wobei die Verstärkungsfasern recycelte Kohlenstofffasern sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strukturteil eine duktile Lage angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Innenausstattungsteils.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Innenausstattungsteil für ein Fahrzeug mit einem Strukturteil aus faserverstärktem Kunststoff, wobei in einer Kunststoffmatrix Verstärkungsfasern vorgesehen sind aus recycelten Kohlenstofffasern. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Innenausstattungsteils für Fahrzeuge.
Um ästhetische sowie sicherheitsrelevante Anforderungen zu erfüllen, wird im heutigen Fahrzeugbau der Fahrgastraum verkleidet. Insbesondere die Armaturentafel, die Türinnenseiten, die zum Fahrgastraum weisenden Oberflächen der A-, B- und C-Säulen usw. werden mit Verkleidungen versehen. Diese Verkleidungen sind vorzugsweise aus Kunststoffmaterial ausgebildet. Darüber hinaus werden auch Armauflagen, Griffe oder der Mitteltunnel aus Kunststoff gefertigt. Kunststoffe bieten neben einer Vielzahl von ästhetischen Gestaltungsmöglichkeiten auch den Vorteil, einer nachgiebigen Oberfläche, die im Crash-Fall sicherheitsrelevant ist.
Die genannten Fahrzeugausstattungsteile werden bevorzugt aus faserverstärkten Kunststoffen ausgebildet, die eine thermoplastische und/oder duroplastische Matrix aufweisen. Als Verstärkungsmaterial werden zumeist Glas- oder Naturfasern eingesetzt. Um spezielle Design-Anforderungen zu erfüllen, werden im Innenausstattungssegment die Bauteile kaschiert oder mit Oberflächenmaterialien wie Holz oder Aluminium versehen. Im letzteren Fall werden die Bauteile mit Dekorelementen mit einer Holz- bzw. Aluminiumoptik versehen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Bauteile weisen jedoch ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf, das sich nachteilig auf den Fahrzeugverbrauch auswirkt. Ferner sind zur Herstellung dieser Bauteile mehrere Verfahrensschritte notwendig, wodurch sich die Komplexität des Herstellungsverfahrens erhöht.
Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe ein Innenausstattungsteil für Fahrzeuge anzugeben, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Innenausstattungsteile, die sich durch ein geringes Gewicht auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Innenausstattungsteil für ein Fahrzeug mit einem Strukturteil aus faserverstärktem Kunststoff vor, bei dem in einer Kunststoffmatrix Verstärkungsfasern vorgesehen sind, aus recycelten Kohlenstofffasern. Weiterhin kann in dem Strukturteil eine duktile Lage angeordnet sein. Durch die Kohlenstofffasern kann das Gewicht des Innenausstattungsteils reduziert werden. Durch die duktile Lage ergibt sich der Vorteil, dass im Versagensfall, das Bauteil nicht schlagartig zerreißt, sondern sich plastisch verformt. Insbesondere im Crash-Fall ist diese Eigenschaft von großer Bedeutung. Kohlenstofffaserverstärkte Bauteile haben aufgrund der Kohlenstofffaser eine hohe Eigensteifigkeit, jedoch ein sprödes Bruchverhalten. Bei Sprödbrüchen entstehen an den Faserenden, die frei liegen, scharfe Kanten, die für die Fahrzeuginsassen ein potenzielles Verletzungsrisiko darstellen. Durch die Verwendung einer duktilen Lage, bleiben die einzelnen Bruchstücke eines kohlefaserverstärkten Bauteils selbst im Schadensfall zusammenhängend. Dadurch wird das Verletzungsrisiko der Fahrzeuginsassen reduziert und die Sicherheit im Fahrzeug erhöht. Darüber hinaus kann die duktile Lage als eine Thermoplastfolie ausgebildet werden. Alternativ dazu können auch Thermoplastfasern verwendet werden, zum Ausbilden der duktilen Lage, die als Thermoplastgelege, Thermoplastgewebe oder Thermoplastgestrick angeordnet sind. In einer weiteren Alternative zu den Thermoplastfasern können auch Aramidfasern oder Naturfasern verwendet werden, die ebenfalls als Gewebe, Geflecht und/oder Gestrick angeordnet sein können.
Darüber hinaus kann in einem Sichtbereich des Strukturteils ein Dekorteil angeordnet sein, das integral mit dem Strukturteil ausgebildet ist. Der Sichtbereich des Strukturteils ist ein Abschnitt der Oberfläche, die im eingebauten Zustand des Bauteils von einem Fahrzeuginsassen sichtbar ist. Durch die integrale, d. h. einstückige Bauweise kann eine besonders gute Haftung des Dekorteils an dem Strukturteil realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist das Dekorteil als ein Holzfurnier, als Dekorfolie insbesondere in Holz- oder Aluminiumoptik und/oder Aluminiumblende ausgebildet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Innenausstattungsteils für ein Kraftfahrzeug mit den Schritten: Konfektionieren einer Kohlefaserschicht aus recycelten Kohlefasern, Anordnen einer duktilen Lage auf der konfektionierten Kohlefaserschicht, Umformen der Kohlefaserschicht mit daran angeordneter duktiler Lage in einem Umformwerkzeug und Beaufschlagen der Kohlefaserschicht mit Temperatur und/oder Druck zur Ausbildung eines Halbzeuges. Die Kohlefaserschicht mit darauf aufgebrachter duktiler Lage wird bspw. in ein Presswerkzeug eingebracht. Anschließend wird das Presswerkzeug geschlossen und die Kavität mit Temperatur und/oder Druck beaufschlagt. Die Matrix der Kohlenstofffaserschicht erstarrt bzw. härtet aus. Danach kann das Halbzeug aus dem Umformwerkzeug entnommen werden. Zur Fertigstellung des Innenausstattungsteils können weitere Arbeitsschritte angeschlossen werden, z. B. ein Endkonturbeschnitt.
Weiterhin kann die Kohlenstofffaserschicht mit einer duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoffmatrix vorimprägniert werden. Diese Kohlenstofffaserschicht kann wahlweise als Prepreg vorliegen. Alternativ hierzu können die Fasern auch als trockene Faser vorliegen, die kurz vor dem Einbringen in das Umformwerkzeug mit der Matrix imprägniert werden. Vorteilhafterweise wird eine Matrix aus duroplastischem Material verwendet. Duroplastisches Material hat ein höheres E-Modul, so dass auf weitere Verstärkungselemente verzichtet werden kann, verglichen mit faserverstärkten Kunststoffen, die eine thermoplastische Matrix aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann ein Dekorteil an der Kohlefaserschicht angeordnet werden und mit der Kohlefaserschicht zeitgleich umgeformt werden. Dadurch kann in einem Verfahrensschritt ein Bauteil mit einer Dekoroberfläche realisiert werden. Ein zusätzliches Kaschieren oder Aufbringen einer Dekorfolie in einem weiteren Verfahrensschritt ist dadurch nicht notwendig.
Die duktile Lage kann insbesondere als Thermoplastfolie, aus Thermoplastfasern, aus Thermoplastgelege, aus Thermoplastgewebe, aus Aramidfasern oder aus Naturfasern ausgebildet sein und an der Kohlefaserschicht oder dem Dekorteil angeordnet werden.
Das Umformen der Kohlefaserschicht mit darin angeordneter duktiler Lage und das Beaufschlagen mit Druck und/oder Temperatur kann simultan, d. h. zeitgleich in einem Umformwerkzeug erfolgen.
Recycelte Fasern im Sinne dieser Erfindung sind Fasern, die als Verschnittreste entstehen, bei der Herstellung und beim Zuschnitt von Fasermatten. Recycelte Fasern sind auch Kohlenstofffasern, die aus faserverstärkten Kunststoffbauteilen gewonnen werden, bei denen durch ein Pyrolyseverfahren das Matrixmaterial von der Faser getrennt wurde. Die Verwendung von recycelten Kohlenstofffasern bringt den Vorteil, dass in dem Recyclat Nähfäden aus thermoplastischem Material oder aus Glasfaser vorgesehen sind, die eine duktile Lage ausbilden. Das erfindungsgemäße Bauteil bietet den Vorteil von Kosten- und Gewichtsreduzierung. Darüber hinaus kann als Dekorteil auch eine Carbonfaserschicht verwendet werden, um eine Kohlenstofffaseroptik im Sichtbereich des Innenausstattungsteils zu realisieren.

Claims

Innenausstattungsteil für ein Fahrzeug mit einem Strukturteil aus faserverstärktem Kunststoff, wobei in einer Kunststoffmatrix Verstärkungsfaser vorgesehen sind, wobei die Verstärkungsfasern recycelte Kohlenstofffasern sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strukturteil eine duktile Lage angeordnet ist.
Innenausstattungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die duktile Lage als eine Thermoplastfolie, aus Thermoplastfasern, aus Thermoplastgelege, Thermoplastgewebe, aus Aramidfasern oder aus Naturfasern, ausgebildet ist.
Innenausstattungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Sichtbereich des Strukturteils ein Dekorteil angeordnet ist, das integral mit dem Strukturteil ausgebildet ist.
Innenausstattungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dekorteil ein Holzfurnier, eine Dekorfolie und/oder eine Aluminiumblende ist.
Verfahren zur Herstellung eines Innenausstattungsteils für ein Kraftfahrzeug mit folgenden Schritten: – Konfektionieren einer Kohlefaserschicht aus recycelten Kohlefasern, – Anordnen einer duktilen Lage auf der konfektionierten Kohlefasersicht, – Umformen der Kohlefasersicht mit daran angeordneter duktilen Lage in einem Umformwerkzeug – Beaufschlagen der Kohlefasersicht mit Temperatur und/oder Druck zur Ausbildung eines Halbzeug.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasersicht mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoffmatrix vorimpregniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dekorteil an der Kohlefaserschicht angeordnet wird und mit der Kohlefaserschicht umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die duktile Lage insbesondere als Thermoplastfolie, aus Thermoplastfasern, aus Thermoplastgelege, aus Thermoplastgewebe, aus Aramidfasern oder aus Naturfasern, ausgebildet ist und an der Kohlefaserschicht oder dem Dekorteil angeordnet wird und gemeinsam umgeformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen und das Beaufschlagen mit Druck und/oder Temperatur zeitgleich erfolgen.