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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils bereitzustellen, mittels welchem ein besonders leichtes und insbesondere zugleich stabiles Verbundbauteil herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils umfasst vorzugsweise Folgendes:
- Bereitstellen von zwei oder mehr als zwei Decklagenkörpern aus einem Decklagenmaterial;
- Einbringen eines thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials in einen Aufnahmebereich, welcher von zumindest einem Decklagenkörper zumindest bereichsweise begrenzt wird;
- Anordnen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper derart, dass der Aufnahmebereich von den zwei oder mehr als zwei Decklagenkörpern zumindest bereichsweise begrenzt wird und die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper an einem Überlappungsbereich zumindest bereichsweise überlappend angeordnet sind;
- Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper.
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Die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper sind vorzugsweise Schalenelemente, insbesondere Halbschalenelemente, oder Profilelemente.
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Im Überlappungsbereich werden vorzugsweise jeweils zwei Decklagenkörper überlappend angeordnet.
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Insbesondere liegen im Überlappungsbereich jeweils zwei Decklagenkörper aneinander an.
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Der Überlappungsbereich begrenzt vorzugsweise den Aufnahmebereich.
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Die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper umfassen vorzugsweise ein Decklagenmaterial, insbesondere ein identisches Decklagenmaterial, oder sind aus diesem gebildet.
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Das Decklagenmaterial umfasst vorzugsweise ein faserverstärktes Kunststoffmaterial, insbesondere ein endlosfaserverstärktes Kunststoffmaterial, oder ist daraus gebildet.
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Das faserverstärkte Kunststoffmaterial umfasst vorzugsweise in ein Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern, beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern.
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Das endlosfaserverstärkte Kunststoffmaterial umfasst vorzugsweise Langfasern und/oder Endlosfasern.
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Langfasern sind insbesondere Verstärkungsfasern mit einer Länge von mindestens ungefähr 1 cm und/oder mit einer Länge von höchstens ungefähr 5 cm.
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Langfasern sind insbesondere Verstärkungsfasern mit einer Länge im Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 5 cm.
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Endlosfasern sind insbesondere Verstärkungsfasern mit einer Länge von mindestens ungefähr 5 cm.
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Das endlosfaserverstärkte Kunststoffmaterial umfasst insbesondere ein Fasergewebe, ein Fasergelege und/oder ein Faservlies.
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Das Matrixmaterial umfasst vorzugsweise ein thermoplastisches Kunststoffmaterial.
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Günstig kann es sein, wenn das Matrixmaterial ein thermoplastisches Matrixmaterial ist.
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Die Decklagenkörper sind insbesondere Organobleche.
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Das Verbundbauteil ist insbesondere ein Sandwichbauteil.
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Günstig kann es sein, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils ein einstufiges Herstellungsverfahren ist, mit welchem ein Verbundbauteil insbesondere werkzeugfallend herstellbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial durch Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper expandiert, insbesondere aufgeschäumt, wird.
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Das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial wird beim Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper insbesondere dampffrei aufgeschäumt.
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Unter dampffreiem Aufschäumen wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere ein Aufschäumen ohne Zuführen von Wasserdampf verstanden.
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Die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper sind vorzugsweise zumindest näherungsweise dampfundurchlässig, insbesondere zumindest näherungsweise undurchlässig für Wasserdampf.
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Vorzugsweise vergrößert sich ein Volumen des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials beim Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper durch das beim Erwärmen der Decklagenkörper expandierende thermisch expandierbare Kunststoffmaterial gegen eine Werkzeugwandung eines Werkzeugs, insbesondere eines Formgebungswerkzeugs, gedrückt werden.
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Vorzugsweise stützen sich die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper im Überlappungsbereich beim Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper zumindest näherungsweise vollständig an einer Werkzeugwandung eines Werkzeugs ab.
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Günstig kann es sein, wenn die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper im Überlappungsbereich beim Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper zumindest näherungsweise vollständig an jeweils einer Werkzeugwandung eines Werkzeugs anliegen.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper durch Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper im Überlappungsbereich miteinander verbunden werden, insbesondere stoffschlüssig.
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Die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper werden im Überlappungsbereich durch Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper vorzugsweise verschweißt.
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Günstig kann es sein, wenn Matrixmaterial der Decklagenkörper, insbesondere thermoplastisches Matrixmaterial, beim Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper, insbesondere im Überlappungsbereich, zumindest teilweise aufgeschmolzen wird.
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Vorzugsweise wird das Matrixmaterial der Decklagenkörper nur im Überlappungsbereich der Decklagenkörper aufgeschmolzen.
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Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass das Matrixmaterial an einem an den Überlappungsbereich angrenzenden Randbereich eines oder mehrerer Decklagenkörper aufgeschmolzen wird.
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Vorzugsweise kann durch Aufschmelzen des Matrixmaterials ein Randbereich eines oder mehrerer Decklagenkörper versiegelt werden.
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Ferner ist es denkbar, dass die Decklagenkörper durch Aufschmelzen des Matrixmaterials stoffschlüssig mit dem thermisch expandierbaren Kunststoffmaterial verbunden werden.
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Vorzugsweise kann somit eine besonders zuverlässige Verbindung der Decklagenkörper mit dem thermisch expandierbaren Kunststoffmaterial ermöglicht werden.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper beim Anordnen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper derart in einem Werkzeug, insbesondere in einem Formgebungswerkzeug angeordnet werden, dass die Decklagenkörper im Überlappungsbereich an einer Werkzeugwandung eines Werkzeugs anliegen.
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Die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper liegen nach dem Anordnen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper insbesondere vollständig flächig an der Werkzeugwandung an.
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Die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper stützen sich vorzugsweise an der Werkzeugwandung ab.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Decklagenkörper, insbesondere sämtliche Decklagenkörper, vor dem Einbringen des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials in den Aufnahmebereich umgeformt werden, insbesondere durch Anordnen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper in einem Werkzeug, insbesondere in einem Formgebu ngswerkzeug.
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Günstig kann es sein, wenn die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper dabei formanpassend an eine Werkzeugwandung des Werkzeugs, insbesondere des Formgebungswerkzeugs, angelegt werden.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper derart angeordnet werden, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper den Aufnahmebereich vollständig begrenzen, insbesondere vollständig umschließen.
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Vorzugsweise werden sich überlappende Decklagenkörper durch Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper im Überlappungsbereich dichtend miteinander verbunden.
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Günstig kann es sein, wenn die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper den Aufnahmebereich nach dem Erwärmen der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper insbesondere dichtend umschließen.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper mittels eines Werkzeugs, insbesondere mittels eines variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs, erwärmt werden.
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Vorzugsweise ist das Formgebungswerkzeug ein variotherm beheiztes oder beheizbares Werkzeug.
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Das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug ist vorzugsweise innerhalb weniger Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 30 Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 20 Sekunden, auf Prozesstemperatur aufheizbar und/oder innerhalb weniger Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 30 Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 20 Sekunden, wieder abkühlbar.
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Unter einer Prozesstemperatur wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere eine Temperatur verstanden, bei welcher das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial expandiert und/oder bei welcher die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper im Überlappungsbereich stoffschlüssig verbunden werden.
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Günstig kann es sein, wenn das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug eine Werkzeugwandung umfasst, wobei einzelne Wandungsabschnitte der Werkzeugwandung des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs auf eine Temperatur erwärmbar und/oder kühlbar sind, welche von einer Temperatur der übrigen Wandungsabschnitte der Werkzeugwandung des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs verschieden ist.
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Das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug ist vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren hergestellt, beispielsweise aus einem Metallpulver.
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Vorzugsweise umfasst das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug einen Werkzeugkörper mit einer Kanalstruktur.
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Die Kanalstruktur umfasst vorzugsweise mehrere Kanäle, insbesondere mehrere getrennt voneinander durchströmbare Kanäle.
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Der Werkzeugkörper wird vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren derart gedruckt, dass die Kanalstruktur frei bleibt.
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Günstig kann es sein, wenn die Kanalstruktur mittels eines kalten oder heißen Temperiermediums durchströmbar ist, beispielsweise mittels Thermoöl.
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Vorzugsweise kann durch Durchströmen der Kanalstruktur des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs eine Werkzeugwandung des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs erwärmt oder gekühlt werden.
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Alternativ oder ergänzend dazu umfasst das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug vorzugsweise eine induktive Heizeinrichtung, mittels welcher das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug induktiv heizbar ist.
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Insbesondere sind einzelne oder mehrere Kanäle mit einem Temperiermedium einer ersten Temperatur durchströmbar, wobei einzelne oder mehrere Kanäle mit einem Temperiermedium einer zweiten Temperatur durchströmbar sind.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper im Überlappungsbereich und/oder an einem an den Überlappungsbereich angrenzenden Randbereich auf eine höhere Temperatur erwärmt werden als außerhalb des Überlappungsbereichs.
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Günstig kann es insbesondere sein, wenn die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper mittels eines variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs im Überlappungsbereich auf eine höhere Temperatur erwärmt werden als außerhalb des Überlappungsbereichs.
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Vorzugsweise werden dabei Kanäle einer Kanalstruktur des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs im Bereich des Überlappungsbereichs mit einem Temperiermedium durchströmt, welches eine Temperatur aufweist, die höher ist als die Temperatur eines Temperiermediums, mittels welchem nicht im Bereich des Überlappungsbereichs angeordnete Kanäle der Kanalstruktur des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs durchströmt werden.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Decklagenkörper zumindest näherungsweise identisch ausgebildet sind.
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Vorzugsweise sind identisch ausgebildete Decklagenkörper als Profilelemente ausgebildet und umfassen vorzugsweise zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnete Wandungselemente, welche von einem Basiselement des Decklagenkörpers weg ragen, insbesondere schräg.
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Identische Decklagenkörper sind vorzugsweise vollkommen identisch ausgebildet.
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Identische Decklagenkörper umfassen in Längserstreckungsrichtung der Decklagenkörper vorzugsweise keine Wandungselemente.
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Identische Decklagenkörper sind in Längserstreckungsrichtung vorzugsweise offen ausgebildet.
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Günstig kann es sein, wenn identische Decklagenkörper im Bereich der Wandungselemente überlappend angeordnet werden.
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Vorzugsweise wird der Aufnahmebereich, in welchen das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial eingebracht wird, von einem Basiselement des Decklagenkörpers und von zumindest einem, vorzugsweise von zwei, von dem Basiselement des Decklagenkörpers weg ragenden Wandungselementen begrenzt.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper jeweils ein umlaufendes Wandungselement umfassen, welches von einem Basiselement des jeweiligen Decklagenkörpers weg ragt, wobei die umlaufenden Wandungselemente der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper derart überlappend angeordnet werden, dass die zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper an einem umlaufenden Überlappungsbereich, insbesondere an einem ringförmig geschlossenen Überlappungsbereich, überlappend angeordnet sind.
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Vorzugsweise umfasst zumindest ein Decklagenkörper ein von einem Basiselement weg ragendes ringförmig geschlossenes Wandungselement.
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Vorzugsweise sind genau zwei Decklagenkörper vorgesehen, welche jeweils ein von einem Basiselement weg ragendes ringförmig geschlossenes Wandungselement umfassen, wobei die zwei Decklagenkörper im Bereich der ringförmig geschlossenen Wandungselemente überlappend angeordnet werden.
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Die ringförmig geschlossenen Wandungselemente der zwei Decklagenkörper werden in Umfangsrichtung zumindest derart überlappend angeordnet, dass sich ein in Umfangsrichtung zusammenhängender umlaufender Überlappungsbereich bildet.
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Günstig kann es sein, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils ein Verbundbauteil mit einer Bauteildicke von höchstens ungefähr 30 mm, vorzugsweise von höchstens ungefähr 25 mm, insbesondere von höchstens ungefähr 15 mm, hergestellt wird.
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Eine Bauteildicke ist vorzugsweise eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Verbundbauteils genommene Dicke.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Decklagenmaterial der zwei oder mehr als zwei Decklagenkörper ein Matrixmaterial umfasst, welches ein thermoplastisches Kunststoffmaterial ist, wobei eine Schmelztemperatur des Matrixmaterials des Decklagenmaterials der Decklagenkörper niedriger ist als eine Schmelztemperatur des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial schüttfähig ist, wobei das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial insbesondere ein thermisch expandierbares Granulat und/oder mit Treibgas gefüllte Kugeln, insbesondere Mikrohohlkugeln, und/oder ein dampffrei geschäumtes Polymer, insbesondere dampffrei geschäumte Polymerschaumperlen, umfasst.
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Die mit Treibgas gefüllten Kugeln umfassen vorzugsweise ein thermoplastisches Material.
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Das dampffrei geschäumte Polymer umfasst vorzugsweise einen Partikelschaum.
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Günstig kann es sein, wenn das dampffrei geschäumte Polymer expandiertes Polystyrol (EPS), expandiertes Polypropylen (EPP), expandiertes Polyethylen (EPE), expandiertes thermoplastische Polyurethan (E-TPU) und/oder expandiertes Polybutylenterephthalat (E-PBT) umfasst.
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Zur thermischen Expansion von expandiertem Polybutylenterephthalat (E-PBT) sind vorzugsweise höhere Temperaturen erforderlich als die Temperaturen, welche mit Wasserdampf erreichbar sind.
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Das dampffrei geschäumte Polymer, insbesondere die dampffrei geschäumten Polymerschaumperlen werden vorzugsweise dampffrei vorexpandiert und/oder vorgeschäumt.
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Vorzugsweise wird dabei treibmittelbeladenes Granulat dampffrei vorexpandiert, wobei insbesondere zunächst Granulatkörnchen auf ein Förderband aufgebracht werden und anschließend mittels des Förderbands durch einen Infrarotofen hindurch gefördert werden.
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Vorzugsweise erwärmen sich die Granulatkörnchen dabei durch Strahlungsabsorption auf eine Temperatur, bei welcher das Treibmittel die Granulatkörnchen aufgehen lässt.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Funktionselemente vor dem Einbringen des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials in den Aufnahmebereich an jeweils einem oder mehreren Decklagenkörpern angeordnet werden.
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Vorzugsweise können ein oder mehrere Decklagenkörper somit „funktionalisiert“ werden.
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Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Funktionselemente vor dem Einbringen des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials in den Aufnahmebereich in einem Spritzgussprozess an jeweils einen oder mehrere Decklagenkörper angespritzt werden.
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Das eine oder die mehreren Funktionselemente werden insbesondere aus einem spritzgießbaren Kunststoffmaterial hergestellt, welches beispielsweise ein thermoplastisches Kunststoffmaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
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Günstig kann es sein, wenn das spritzgießbare Kunststoffmaterial Verstärkungsfasern, insbesondere Kurzfasern, umfasst.
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Die Verstärkungsfasern umfassen beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern.
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Ein oder mehrere Funktionselemente werden in dem Spritzgussprozess vorzugsweise an jeweils einen Decklagenkörper angespritzt.
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Vorzugsweise umfassen die Funktionselemente Verstärkungselemente, Befestigungselemente, insbesondere Anschraubelemente, Rastelemente und/oder Aufnahmeelemente.
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Unter Aufnahmeelementen werden im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche vorzugsweise Funktionselemente verstanden, mittels derer oder in denen weitere Bauteile aufnehmbar sind und/oder in welche weitere Bauteile einbringbar und/oder in welchen weitere Bauteile befestigbar sind.
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Mittels eines oder mehrerer Funktionselemente, insbesondere mittels eines oder mehrerer Verstärkungselemente, kann vorzugsweise eine Verstärkungsstruktur an dem einen oder den mehreren Decklagenkörpern angeordnet werden.
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Wenn die Verstärkungselemente Verstärkungsrippenelemente sind, kann insbesondere eine Verstärkungsrippenstruktur an dem einen oder den mehreren Decklagenkörpern angeordnet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung eines Verbundbauteils.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher ferner ein Verbundbauteil, welches durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.
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Vorzugsweise ist das Verbundbauteil ein Fahrzeugsitzteil für einen Kraftfahrzeugsitz, insbesondere eine Sitzschale oder eine Sitzlehne, ein Verkleidungsbauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Innenverkleidungsbauteil, oder ein Unterbodenbauteil für ein Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße Verbundbauteil eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise für Sitze oder Sitzbauteile, Tische, Innenverkleidungsbauteile und/oder Exterieurbauteile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, eines Zuges, eines Flugzeugs und/oder eines Helikopters.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches ein oder mehrere erfindungsgemäße Verbundbauteile umfasst.
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Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Decklagenkörpers aus einem Decklagenmaterial;
- 2 eine schematische Darstellung von in einen Aufnahmebereich eingebrachtem thermisch expandierbaren Kunststoffmaterial, wobei der Aufnahmebereich zumindest bereichsweise von dem Decklagenkörper aus 1 begrenzt wird;
- 3 eine schematische Darstellung des Decklagenkörpers aus 2, welcher zumindest bereichsweise überlappend mit einem zweiten Decklagenkörper angeordnet ist;
- 4 eine schematische Darstellung der zumindest bereichsweise überlappend angeordneten Decklagenkörper aus 3, welche in einem Formgebungswerkzeug angeordnet sind;
- 5 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils; und
- 6 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbundbauteils.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 4 zeigen Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines in den 5 und 6 gezeigten und als Ganzes mit 100 bezeichneten Verbundbauteils.
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Das Verbundbauteil 100 ist insbesondere ein Sandwichbauteil 102.
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Das Verbundbauteil 100 kann beispielsweise ein Fahrzeugsitzteil für einen Kraftfahrzeugsitz, insbesondere eine Sitzschale 104 oder eine Sitzlehne, sein.
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Das Verbundbauteil 100 kann ferner ein Verkleidungsbauteil 106 oder ein Tisch für ein Fahrzeug 108, insbesondere für ein Kraftfahrzeug 110, sein, beispielsweise für einen Personenkraftwagen, einen Zug, ein Flugzeug und/oder einen Helikopter.
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Das Verkleidungsbauteil 106 ist beispielsweise ein Innenverkleidungsbauteil, ein Unterbodenbauteil und/oder ein Exterierbauteil.
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1 zeigt einen Decklagenkörper 112 zur Herstellung eines in den 5 und 6 gezeigten Verbundbauteils 100.
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Der Decklagenkörper 112 umfasst vorzugsweise ein Decklagenmaterial 113.
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Das Decklagenmaterial 113 umfasst vorzugsweise ein faserverstärktes Kunststoffmaterial 114, insbesondere ein endlosfaserverstärktes Kunststoffmaterial 116.
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Das faserverstärkte Kunststoffmaterial 116 umfasst vorzugsweise in ein Matrixmaterial 118 eingebettete Verstärkungsfasern 120, beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern.
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Das endlosfaserverstärkte Kunststoffmaterial 116 umfasst vorzugsweise Langfasern und/oder Endlosfasern.
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Das endlosfaserverstärkte Kunststoffmaterial 116 umfasst insbesondere ein Fasergewebe 122, ein Fasergelege 124 und/oder ein Faservlies 125.
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Das Matrixmaterial 118 umfasst vorzugsweise ein thermoplastisches Kunststoffmaterial 126.
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Der Decklagenkörper 112 ist insbesondere ein Organoblech 128.
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Der in 1 gezeigte Decklagenkörper 112 umfasst vorzugsweise zwei von einem Basiselement 130 schräg, insbesondere senkrecht, weg ragende Wandungselemente 132.
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Der in 1 gezeigte Decklagenkörper 112 ist vorzugsweise ein Schalenelement 134, insbesondere ein Halbschalenelement 136, oder ein Profilelement 138.
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Das Basiselement 130 und die beiden von dem Basiselement 130 weg ragenden Wandungselemente 132 begrenzen vorzugsweise zumindest bereichsweise einen Aufnahmebereich.
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An dem Decklagenkörper 112, insbesondere an dem Basiselement 130 des Decklagenkörpers 112, werden vorzugsweise mehrere Funktionselemente 142 angeordnet.
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Durch Vorsehen der Funktionselemente 142 kann der Decklagenkörper 112 vorzugsweise „funktionalisiert“ werden.
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Die Funktionselemente 142 können beispielsweise in einem Spritzgussprozess an den Decklagenkörper 112 angespritzt werden.
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Die Funktionselemente 142 werden insbesondere aus einem spritzgießbaren Kunststoffmaterial hergestellt, welches beispielsweise ein thermoplastisches Kunststoffmaterial 126 umfasst oder daraus gebildet ist.
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Günstig kann es sein, wenn das spritzgießbare Kunststoffmaterial Verstärkungsfasern, insbesondere Kurzfasern, umfasst.
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Die Kurzfasern umfassen beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern.
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Die Funktionselemente 142 umfassen vorzugsweise Verstärkungselemente 144, Befestigungselemente 146, insbesondere Anschraubelemente 148 oder Rastelemente 150, und/oder Aufnahmeelemente 152 (vergl. 5 und 6).
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Durch Vorsehen mehrerer Verstärkungselemente 144 kann vorzugsweise eine Verstärkungsstruktur 154 an dem Decklagenkörper 112 angeordnet werden.
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Wenn die Verstärkungselemente 144 Verstärkungsrippenelemente 156 sind, kann vorzugsweise eine Verstärkungsrippenstruktur an dem Decklagenkörper 112 angeordnet werden, insbesondere an diesen angespritzt werden.
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Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils 100 vorzugsweise ein thermisch expandierbares Kunststoffmaterial 158 in den Aufnahmebereich 140 eingebracht.
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Das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial 158 ist vorzugsweise schüttfähig.
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Das thermisch expandierbare Kunststoffmaterial 158 umfasst insbesondere ein thermisch expandierbares Granulat 160 und/oder mit Treibgas gefüllte Kugeln 162, insbesondere Mikrohohlkugeln 163, und/oder ein dampffrei geschäumtes Polymer 164, insbesondere dampffrei geschäumte Polymerschaumperlen 166.
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Die mit Treibgas gefüllten Kugeln 162 umfassen vorzugsweise ein thermoplastisches Material.
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Das dampffrei geschäumte Polymer 164 umfasst vorzugsweise einen Partikelschaum.
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Es ist denkbar, dass das dampffrei geschäumte Polymer 164 expandiertes Polystyrol (EPS), expandiertes Polypropylen (EPP), expandiertes Polyethylen (EPE), expandiertes thermoplastisches Polyurethan (E-TPU) und/oder expandiertes Polybutylenterephthalat (E-PBT) umfasst.
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Das dampffrei geschäumte Polymer 164, insbesondere die dampffrei geschäumten Polymerschaumperlen 166, werden vorzugsweise dampffrei vorexpandiert und/oder vorgeschäumt.
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Vorzugsweise wird hierzu ein treibmittelbeladenes Granulat dampffrei vorexpandiert, insbesondere indem zunächst Granulatkörnchen auf ein Förderband aufgebracht werden und dann mittels des Förderbands durch einen Infrarotofen hindurch gefördert werden.
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Vorzugsweise erwärmen sich die Granulatkörnchen durch Strahlungsabsorption auf eine Temperatur, bei welcher ein Treibmittel die Granulatkörnchen dampffrei vorexpandiert und/oder vorschäumt.
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Nach dem in 2 gezeigten Einbringen des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials 158 in den Aufnahmebereich 140 werden vorzugsweise, wie in 3 gezeigt, zwei Decklagenkörper 112 derart angeordnet, dass diese den Aufnahmebereich 140 zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, begrenzen.
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Die beiden Decklagenkörper 112 werden dabei vorzugsweise an einem Überlappungsbereich 168 zumindest bereichsweise überlappend angeordnet.
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Die beiden Decklagenkörper 112 liegen im Überlappungsbereich 168 vorzugsweise aneinander an.
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Die beiden in 3 gezeigten Decklagenkörper 112 werden vorzugsweise in einem Werkzeug 170, insbesondere in einem Formgebungswerkzeug 172 angeordnet.
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Die beiden Decklagenkörper 112 liegen im Überlappungsbereich 168 vorzugsweise an einer Werkzeugwandung 174 des Werkzeugs 170 an.
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Günstig kann es sein wenn die beiden Decklagenkörper 112 vollständig flächig an der Werkzeugwandung 174 des Werkzeugs 170 anliegen und sich insbesondere an dieser abstützen.
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Das in 4 gezeigte Werkzeug 170 ist insbesondere ein variotherm beheiztes oder beheizbares Werkzeug 176.
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Vorzugsweise werden die beiden Decklagenkörper 112 mittels des Werkzeugs 170, insbesondere mittels des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176, erwärmt.
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Das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug 176 umfasst vorzugsweise einen Werkzeugkörper 178 mit einer Kanalstruktur 180.
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Die Kanalstruktur 180 umfasst vorzugsweise mehrere Kanäle 182, insbesondere mehrere getrennt voneinander durchströmbare Kanäle 182.
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Das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug 176 ist vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren hergestellt, beispielsweise aus einem Metallpulver.
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Insbesondere ist der Werkzeugkörper 178 in einem 3D-Druckverfahren derart gedruckt, dass die Kanalstruktur 180 frei bleibt.
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Die Kanalstruktur 180 ist vorzugsweise mittels eines Temperiermediums, insbesondere mit Thermoöl, durchströmbar.
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Insbesondere sind einzelne oder mehrere Kanäle 182 mit einem Temperiermedium einer ersten Temperatur durchströmbar, wobei einzelne oder mehrere Kanäle 182 mit einem Temperiermedium einer zweiten Temperatur durchströmbar sind.
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Alternativ oder ergänzend dazu umfasst das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug 176 vorzugsweise eine induktive Heizeinrichtung, mittels welcher das variotherm beheizte oder beheizbare Werkzeug 176 induktiv heizbar ist.
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Somit sind vorzugsweise einzelne Wandungsabschnitte der Werkzeugwandung 174 des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176 auf eine Temperatur erwärmbar und/oder kühlbar, welche von den übrigen Wandungsabschnitten der Werkzeugwandung 174 des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176 verschieden ist.
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Eine Werkzeugwandung 174 des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176 ist vorzugsweise innerhalb weniger Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 30 Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 20 Sekunden, auf eine Prozesstemperatur aufheizbar und/oder innerhalb weniger Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 30 Sekunden, insbesondere innerhalb von höchstens ungefähr 20 Sekunden, wieder abkühlbar.
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Vorzugsweise werden die beiden Decklagenkörper 112 im Überlappungsbereich 168 und/oder an einem an den Überlappungsbereich 168 angrenzenden Randbereich mittels des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176 auf eine höhere Temperatur erwärmt als außerhalb des Überlappungsbereichs 168.
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Das Decklagenmaterial 113 der Decklagenkörper 112 umfasst vorzugsweise ein Matrixmaterial 118, insbesondere ein thermoplastisches Kunststoffmaterial 126, dessen Schmelztemperatur niedriger ist als eine Schmelztemperatur des thermisch expandierbaren Kunststoffmaterials 158.
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Vorzugsweise werden die beiden Decklagenkörper 112 im Überlappungsbereich 168 miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig.
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Die beiden Decklagenkörper 112 werden vorzugsweise miteinander verschweißt und bilden insbesondere eine Schweißnaht 184 (vergl. 5 und 6).
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Zum Verschweißen der beiden Decklagenkörper 112 wird das Matrixmaterial 118, insbesondere das thermoplastische Kunststoffmaterial 126, zumindest teilweise aufgeschmolzen.
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Das Matrixmaterial 118, insbesondere das thermoplastische Kunststoffmaterial 126, wird vorzugsweise nur im Überlappungsbereich 168 aufgeschmolzen.
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Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass das Matrixmaterial 118, insbesondere das thermoplastische Kunststoffmaterial 126, ferner an einem an den Überlappungsbereich 168 angrenzenden Randbereich eines oder mehrerer Decklagenkörper 112 aufgeschmolzen wird.
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Vorzugsweise kann durch Aufschmelzen des Matrixmaterials 118, insbesondere des thermoplastischen Kunststoffmaterials 126, ein Randbereich eines oder mehrerer Decklagenkörper 112 versiegelt werden.
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Ferner ist es denkbar, dass die Decklagenkörper 112 durch Aufschmelzen des Matrixmaterials 118, insbesondere des thermoplastischen Kunststoffmaterials 126, stoffschlüssig mit dem thermisch expandierbaren Kunststoffmaterial 158 verbunden werden.
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Vorzugsweise kann somit eine besonders zuverlässige Verbindung der Decklagenkörper 112 mit dem thermisch expandierbaren Kunststoffmaterial 158 ermöglicht werden.
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Insbesondere werden die beiden Decklagen 112 mittels des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176 im Überlappungsbereich 168 auf eine höhere Temperatur erwärmt als außerhalb des Überlappungsbereichs 168.
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Vorzugsweise werden dabei Kanäle 182 des Kanalstruktur 180 im Überlappungsbereich 168 mit einem Temperiermedium durchströmt, welches eine Temperatur aufweist, die höher ist als die Temperatur eines Temperiermediums, mittels welchem nicht im Bereich des Überlappungsbereichs 168 angeordnete Kanäle 182 der Kanalstruktur 180 des variotherm beheizten oder beheizbaren Werkzeugs 176 durchströmt werden.
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Sich überlappende Decklagenkörper 112 werden vorzugsweise durch Erwärmen der Decklagenkörper 112 im Überlappungsbereich 168 dichtend miteinander verbunden.
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Bei dem in 4 dargestellten Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Herstellen eines Verbundbauteils 100 können die Decklagenkörper 112 vorzugsweise zumindest näherungsweise identisch ausgebildet sein.
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Identisch ausgebildete Decklagenkörper 112 sind vorzugsweise als Profilelemente 138 ausgebildet und umfassen vorzugsweise zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnete Wandungselemente 132.
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Die identisch ausgebildeten Decklagenkörper 112 umfassen in Längserstreckungsrichtung der Decklagenkörper 112 vorzugsweise keine Wandungselemente 132 und sind daher in Längserstreckungsrichtung vorzugsweise offen.
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Somit kann sichergestellt werden, dass identische Decklagenkörper 112 im Bereich der Wandungselemente 132 überlappend angeordnet werden können.
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5 zeigt ein Verbundbauteil 100 mit identisch ausgebildeten Decklagenkörpern 112.
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6 zeigt ein Verbundbauteil 100, bei welchem die Decklagenkörper 112 nicht identisch ausgebildet sind.
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Vorzugsweise umfassen die Decklagenkörper 112 bei dem in 6 gezeigten Verbundbauteil 100 jeweils ein umlaufendes Wandungselement 186, insbesondere ein ringförmig geschlossenes Wandungselement 188.
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Die beiden Decklagenkörper 112 werden vorzugsweise derart überlappend angeordnet, dass die Decklagenkörper 112 an einem umlaufenden Überlappungsbereich 190, insbesondere an einem ringförmig geschlossenen Überlappungsbereich 192, überlappend angeordnet sind.
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Das ringförmig geschlossene Wandungselement 188 ragt vorzugsweise von dem Basiselement 130 der Decklagenkörper 112 weg, insbesondere schräg.
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Vorzugsweise sind bei dem in 6 gezeigten Verbundbauteil 100 genau zwei Decklagenkörper 112 vorgesehen.
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Vorzugsweise wird der Aufnahmebereich 140 bei dem in 6 gezeigten Verbundbauteil 100 vollständig von den Decklagenkörpern 112 umschlossen, insbesondere dichtend umschlossen.
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Mittels des in den 1 bis 4 gezeigten Verfahrens zum Herstellen eines Verbundbauteils 100 sind insbesondere Verbundbauteile 100 mit einer Bauteildicke 194 von höchstens ungefähr 30 mm, vorzugsweise von höchstens ungefähr 25 mm, insbesondere von höchstens ungefähr 15 mm, herstellbar.
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Insgesamt kann ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils 100 bereitgestellt werden, mittels welchem besonders leichte und zugleich stabile Verbundbauteile 100 herstellbar sind.
