DE102016110586B3 - Dachmodul für ein Fahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung eines Dachmoduls - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dachmodul (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem RTM-Rahmen (12) und einer Class-A-Deckschicht (14), die den Rahmen (12) zumindest abschnittsweise abdeckt und aus Polyurethan besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Dachmoduls mittels der folgenden Schritte: Zunächst wird in ein erstes Werkzeug eine Fasermatte eingelegt. Dann wird in das geschlossene Werkzeug ein reaktives Harzsystem eingebracht, und das Harz härtet aus, sodass ein Rohling gebildet ist. Der Rohling wird in ein zweites Werkzeug eingelegt, in das anschließend im geöffneten Zustand Polyurethan eingebracht wird. Das Polyurethan expandiert, wobei es zumindest abschnittsweise eine Class-A-Oberfläche ausbildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dachmodul für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmenbauteils eines Dachmoduls für ein Kraftfahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche Dachmodule bekannt, die als Kunststoff-Verbundbauteile ausgeführt sind. Diese Verbundbauteile ersetzen aufgrund ihres geringen Gewichts, der einfachen Formgebung sowie der besseren Einstellbarkeit der Materialeigenschaften häufig herkömmliche Fahrzeug-Dachmodule oder Außenverkleidungen von Fahrzeugkarosserien, die aus Glas oder Metallblech hergestellt sind.
  • Besonders vorteilhaft sind solche Dachmodule, wenn sie als vormontierte Baugruppe zugeliefert werden, die dann mit dem Rest der Rohbaukarosserie verbunden wird (also insbesondere den Längs- und Querstreben, die sich zwischen üblicherweise den beiden A-Säulen, den beiden B-Säulen und den beiden C-Säulen erstrecken).
  • Ein Dachmodul für ein Kraftfahrzeug, bei dem ohne auf Lackierschritte zurückzugreifen eine Class-A-Oberfläche auf einem flächigen Karosserieelement erreicht wird, zeigt beispielswiese die DE 10 2012 111 350 A1 . Dieses Dachmodul kann besonders einfach hergestellt werden.
  • In der DE 102 29 473 A1 geht es aus einer Werkstoff- und Prozesssicht darum, besonders leichte Komponenten mit Class-A-Oberflächen herzustellen. Diese können beispielsweise als Dachmodule verwendet werden.
  • Auch die GB 2521937 A zeigt ein Fahrzeugdach mit einer Class-A-Oberfläche. Dabei ist das Fahrzeugdach als integrales Bauteil aus einer Rahmenstruktur und einer Deckstruktur zusammengesetzt. Dieses Fahrzeugdach ist besonders leicht.
  • Die DE 10 2007 019 738 A1 beschäftigt sich ebenfalls mit Leichtbau-Karosseriemodulen. In diesem Zusammenhang werden Rahmenteile für ein Fahrzeugdach gezeigt, die mittels eines RTM-Verfahrens hergestellt und anschließend zu einem Rahmen gefügt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dachmodul zu schaffen, das sich durch verbesserte Eigenschaften auszeichnet, also insbesondere höhere Festigkeit, geringeres Gewicht und/oder qualitativ höherwertigere Oberfläche.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Dachmodul für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, mit einem RTM-Rahmen und einer auf dem RTM-Rahmen aufgebrachten Class-A-Deckschicht, die den Rahmen zumindest abschnittsweise abdeckt und aus Polyurethan besteht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmenbauteils eines Dachmoduls mittels der folgenden Schritte vorgesehen: Zunächst wird in ein erstes Werkzeug eine Fasermatte eingelegt. Dann wird in das geschlossene Werkzeug ein reaktives Harzsystem eingebracht, und das Harz härtet aus, sodass ein Rohling gebildet ist. Der Rohling wird in ein zweites Werkzeug eingelegt, in das anschließend im geöffneten Zustand Polyurethan eingebracht wird. Das Polyurethan expandiert, wobei es zumindest abschnittsweise eine Class-A-Oberfläche ausbildet.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich durch die Kombination eines RTM-Rahmens mit einer Umschäumung aus Polyurethan hervorragende Eigenschaften erzielen lassen. Zum einen zeichnet sich der Rahmen durch eine hohe Steifigkeit aus. Zum anderen kann mit vergleichsweise geringem Aufwand in Bereichen, die beim montierten Dachmodul von außen sichtbar sind, eine Class-A-Oberfläche erhalten werden, ohne dass hierfür, wie dies im Stand der Technik oft der Fall ist, separate Anbauteile am Rahmen angebracht werden müssen. Dies führt zu Gewichtsvorteilen. Ferner ist die Class-A-Oberfläche aus Polyurethan sehr hochwertig, da sie mit einer selbstheilenden Oberfläche ausgeführt werden kann. Falls gewünscht, kann die Class-A-Oberfläche auch poliert werden.
  • Unter dem Begriff RTM-Rahmen wird hier ein Rahmen verstanden, der im sogenannten RTM-Verfahren hergestellt ist. RTM steht für „Resin Transfer Moulding” und ist auch unter dem Begriff „Harzinjektionsverfahren” bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine ungetränkte Fasermatte in ein Werkzeug eingelegt, und nach dem Schließen des Werkzeugs wird ein reaktives Harzsystem in den Formhohlraum des Werkzeugs eingebracht. Das Harzsystem durchtränkt die Fasermatte vollständig und härtet aus. Anschließend kann aus dem Werkzeug ein Rohling entnommen werden.
  • Für das RTM-Verfahren sind verschiedene reaktive Harzsysteme denkbar. Besonders bevorzugt wird jedoch Polyurethan, da es hinsichtlich seiner Eigenschaften zu sehr guten Ergebnissen führt.
  • Der RTM-Rahmen enthält vorzugsweise eine Fasermatte, die insbesondere Glasfasern enthalten kann. Hierdurch ergibt sich eine sehr hohe Bauteilfestigkeit.
  • Der Fasergehalt des Rahmens beträgt zwischen 40% und 60%. Besonders bevorzugt wird ein Glasfasergehalt von 45%.
  • Die Fasermatte ist vorzugsweise mehrlagig. Dies ermöglicht, die Fasern in den einzelnen Lagen entsprechend der Bauteilbeanspruchung auszurichten, wodurch die Steifigkeit des Rahmens optimiert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fasermatte zumindest im Bereich der Class-A-Deckschicht frei von Nähten. Grundsätzlich sind solche Nähte vorteilhaft, um die unterschiedlichen Lagen der Fasermatte geeignet zu drapieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Oberflächenqualität der Class-A-Deckschicht besser ist, wenn die Fasermatte dort völlig frei von Nähten ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem RTM-Rahmen und der Deckschicht eine Folie angeordnet ist. Die Folie, die insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff besteht, wirkt als thermische Isolierung und Haftvermittler zwischen dem RTM-Rahmen und der Deckschicht, wodurch sich zum einen die Oberflächenqualitäten der Class-A-Deckschicht erhöhen und zum anderen sich eine bessere Verbindung zwischen der Deckschicht und dem Rahmen ergibt.
  • Um die Deckschicht an die jeweiligen Wünsche der Kunden anzupassen, ist es möglich, das in das zweite Werkzeug einbrachte Polyurethan einzufärben. Es ist dann nicht mehr nötig, das fertige Dachmodul zu lackieren.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fasermatte vorgeprägt wird, bevor sie in das erste Bauteil eingelegt wird. Hierdurch lassen sich auch komplexere Geometrien des Rahmens verwirklichen, ohne dass es zu Problemen bei der Durchführung des RTM-Verfahrens kommt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
  • 1 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Dachmodul;
  • die 2a bis 2c verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Rohlings;
  • 3 schematisch einen Schnitt durch eine Fasermatte, die bei der Herstellung des Rohlings verwendet werden kann;
  • die 4a bis 4c verschiedene Schritte bei der Herstellung der Class-A-Deckschicht; und
  • die 5a bis 5c ein Dachmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Ansichten.
  • In 1 ist schematisch ein Dachmodul 10 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Es besteht hier aus einem RTM-Rahmen 12, der abschnittsweise mit einer Class-A-Deckschicht 14 versehen ist.
  • Das Dachmodul 10 ist dafür vorgesehen, an einem Kraftfahrzeug angebracht zu werden. Insbesondere wird es mit der Rohbaukarosserie verbunden. Je nach Ausgestaltung des Dachmoduls kann es einen Teil der Dachfläche der Karosserie oder die gesamte Dachfläche bilden. Das Dachmodul kann beispielsweise im Bereich zwischen den beiden A-Säulen und den beiden B-Säulen angeordnet werden.
  • Der Rahmen 12 weist eine vordere Querstrebe 16 und eine hintere Querstrebe 18 auf. Diese sind durch zwei Seitenstreben 20 miteinander verbunden. Alle Streben sind einstückig miteinander ausgeführt.
  • Die Streben 16, 18, 20 sind geeignet profiliert, sodass an ihnen ein (hier nicht gezeigter) Deckel angebracht werden kann. Der Deckel kann insbesondere transparent sein.
  • Je nach Ausführungsform kann der Deckel fest mit dem Rahmen 12 verbunden sein, insbesondere verklebt sein. In diesem Fall sind die Streben des Rahmens 12 so profiliert, dass die gewünschten Anschlussflächen für den Deckel erzeugt werden.
  • Bei einem transparenten Deckel kann es sich auch um einen verstellbaren Deckel eines Schiebedachsystems handeln. In diesem Fall sind die Streben 16, 18, 20 so profiliert, dass sich die gewünschten Befestigungspunkte für die Mechanik des Schiebedachs, die Beschattungseinrichtung, Halterungen für Kabelkanäle, Wasserrinnen und/oder sonstige Montagegestaltungen ergeben.
  • Die Class-A-Deckschicht 14 ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform nach Art einer Blende ausgeführt, die sich hier über die gesamte Breite der vorderen Strebe 16 erstreckt. Im montierten Zustand des Dachmoduls 10 schließt sich also die Class-A-Deckschicht 14 an den oberen Rand der Windschutzscheibe des Fahrzeugs an.
  • Die Class-A-Deckschicht 14 ist kein separates Bauteil, sondern direkt auf den Rahmen 12 aufgeschäumt. Ihre Oberfläche hat eine Beschaffenheit, die derjenigen einer lackierten Blechfläche ähnelt, sodass sie grundsätzlich ohne weitere Nachbearbeitung Teil der Außenfläche einer Fahrzeugkarosserie sein kann.
  • Anhand der 2a bis 2c wird nachfolgend die Herstellung des Rahmens 12 erläutert.
  • Zur Herstellung des Rahmens 12 wird ein Werkzeug 30 verwendet, das zwei Werkzeugteile 32, 34 aufweist. Zwischen die beiden Werkzeugteile 32, 34 wird eine Fasermatte 36 eingelegt. Sie ist mehrlagig ausgeführt (siehe 3), wobei die Faserrichtung der einzelnen Lagen auf die spätere Bauteilbeanspruchung ausgerichtet ist. Es handelt sich hierbei insbesondere um eine mehrlagige Glasfasermatte.
  • Die Fasermatte (auch bekannt als „Preform” oder „Vorformling”) hat bereits die grundsätzliche Geometrie des Rahmens 12. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Fasermatte 36 also eine rahmenartige, rechteckige Form mit einer großen mittigen Aussparung.
  • Die Fasermatte 36 ist, wenn sie in das erste Werkzeug 30 eingelegt wird, üblicherweise vorgeprägt, sodass sie in ihrer Profilierung bereits der Profilierung des fertigen Rahmens 12 ähnelt. Außerdem kann die Fasermatte mit mehreren in 3 angedeuteten Nähten 38 versehen sein, die das drapieren der einzelnen Faserlagen unterstützt.
  • Die vorgeprägte Fasermatte 36 wird, ohne dass sie mit Harz getränkt ist, zwischen die beiden Teile 32, 34 des Werkzeugs eingelegt, und das Werkzeug wird geschlossen (siehe 2a).
  • Anschließend wird ein reaktives Harzsystem in das erste Werkzeug 30 eingebracht (siehe 2b). Beim reaktiven Harzsystem handelt es sich vorzugsweise um Polyisocyanat.
  • Das Harzsystem durchtränkt im Werkzeug 30 die Fasermatte (symbolisiert in 2b durch einen mittigen Anguss, von dem ausgehend sich das Harzsystem im Formhohlraum des Werkzeugs ausbreitet und dabei die Fasermatte durchtränkt) und härtet aus.
  • Anschließend kann das Werkzeug 30 geöffnet werden (siehe 2c), und ein Rohling des Rahmens kann entnommen werden.
  • Die Class-A-Deckschicht 14 wird in einem zweiten Werkzeug 40 auf den Rohling aufgebracht (siehe die 4a bis 4c).
  • Auch das zweite Werkzeug 40 besteht aus zwei Teilen 42, 44. Im Gegensatz zum ersten Werkzeug 30 weist das zweite Werkzeug 40 keinen Angussbereich auf.
  • In einem ersten Schritt wird der Rohling 12' in das geöffnete zweite Werkzeug 40 eingelegt. Anschließend wird auf den Bereich des Rohlings 12', der mit der Deckschicht 14 versehen werden soll, ein reaktives Harzsystem aufgebracht. Dies ist durch einen schematisch angedeuteten Sprühkopf 46 symbolisiert. Anschließend wird das zweite Werkzeug geschlossen (siehe 4b) und das reaktive Harzsystem härtet aus. Hierbei handelt es sich um einen Schaumprozess, der gewährleistet, dass eine im Bereich der herzustellenden Deckschicht 14 vorhandene, glatte Formoberfläche des zweiten Werkzeugs als Class-A-Oberfläche abgeformt wird.
  • Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass in das zweite Werkzeug eine Folie eingelegt wird, die als thermische Isolierung und als Haftvermittler zwischen dem Rohling 12' und der an ihn angeschäumten Deckschicht 14 dient. Die Folie kann insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff bestehen.
  • In den 5a bis 5c ist eine zweite Ausführungsform 10 gezeigt. Es ist zu sehen, dass der Rahmen 12 sehr viel länger ausgeführt ist als bei der ersten Ausführungsform. Er erstreckt sich hier entlang von Längsholmen 50 der Rohbaukarosserie ausgehend von den A-Säulen 52, also anschließend an die Windschutzscheibe, über die B-Säulen 54 bis hin in den Bereich zwischen den C-Säulen 56. Zusätzlich zur vorderen Strebe 16 und zur hinteren Strebe 18 ist der Rahmen 12 auch mit einer Mittelstrebe 19 versehen.
  • Am Rahmen 12 sind ein vorderer Deckel 21 und ein hinterer Deckel 22 angebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der vordere Deckel 21 in der Längsrichtung des Fahrzeugs verstellbar, während der hintere Deckel 22 fest am Rahmen 12 und damit am Dachmodul 10 angebracht ist.
  • Grundsätzlich kann auch der hintere Deckel verstellbar angebracht sein.
  • Vor dem vorderen Deckel 21 ist der Rahmen 12 mit einer Class-A-Deckschicht 14 versehen. Hinter der hinteren Querstrebe 18 des Rahmens schließt sich eine Dachfläche 58 der Fahrzeugkarosserie an.
  • Obwohl bei der zweiten Ausführungsform die Deckschicht 14 nur am vorderen Rand gezeigt ist, kann selbstverständlich auch zwischen dem hinteren Deckel und der Dachfläche der Fahrzeugkarosserie eine weitere Deckschicht vorhanden sein. Ebenso ist es möglich, nur am hinteren Rand des Dachmoduls eine Deckschicht zu verwenden.

Claims (12)

  1. Dachmodul (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem RTM-Rahmen (12) und einer auf dem RTM-Rahmen (12) aufgebrachten Class-A-Deckschicht (14), die den Rahmen (12) zumindest abschnittsweise abdeckt und aus Polyurethan besteht.
  2. Dachmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der RTM-Rahmen (12) ein Polyurethan-Bauteil ist.
  3. Dachmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der RTM-Rahmen (12) eine Fasermatte (36) enthält.
  4. Dachmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (36) Glasfasern enthält.
  5. Dachmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasfasergehalt des Rahmens (12) zwischen 40% und 60% beträgt.
  6. Dachmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (36) mehrlagig ist.
  7. Dachmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (36) zumindest im Bereich der Class-A-Deckschicht frei von Nähten (38) ist.
  8. Dachmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem RTM-Rahmen (12) und der Deckschicht (14) eine Folie angeordnet ist.
  9. Dachmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus thermoplastischem Kunststoff besteht.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Rahmenbauteils eines Dachmoduls, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: – es wird eine Fasermatte (36) in ein erstes Werkzeug (30) eingelegt; – in das erste Werkzeug wird ein reaktives Harzsystem eingebracht, – das Harz härtet aus, so dass ein Rohling (12') gebildet ist, – der Rohling (12') wird in ein zweites Werkzeug (40) eingelegt, – in das zweite Werkzeug (40) wird Polyurethan eingebracht, – das Polyurethan expandiert, wobei es zumindest abschnittsweise eine Class-A-Oberfläche ausbildet.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in das zweite Werkzeug (40) eingebrachte Polyurethan eingefärbt ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (36) vorgeprägt wird, bevor sie in das erste Werkzeug (30) eingelegt wird.
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