DE102019007024A1

DE102019007024A1 - Strukturbauteil

Info

Publication number: DE102019007024A1
Application number: DE102019007024.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Doll; Jürgen Schmidt; Benjamin Dalinger; Kurt Nöcker
Original assignee: Formtec Kunststofftechnik GmbH; Ruch Novaplast GmbH
Current assignee: Formtec Kunststofftechnik De GmbH
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils (100) mit einem Leichtbaukern (110) aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle (130) aus einem zweiten Material. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen (40) eines Leichtbaukerns (110) mit einer den Leichtbaukern (110) umgebenden Flächenmaterialschicht (120), Positionieren (50) des Leichtbaukerns (110) in ein Formwerkzeug (150), Umfluten (60) des Leichtbaukerns (110) mit dem zweiten Material, und Aushärten (70) des zweiten Materials.Weiterhin betrifft die Erfindung ein Strukturbauteil (100) mit einem Leichtbaukern (110) aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle (130) aus einem zweiten Material.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils mit einem Leichtbaukern aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle aus einem zweiten Material. Weiter betrifft die Erfindung ein Strukturbauteil mit einem Leichtbaukern aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle aus einem zweiten Material.
Stand der Technik
Die Druckschrift EP1654917B1 betrifft ein mehrplanares leitfähiges Dichtungsmaterial zum Abschirmen gegen elektromagnetische Interferenzen. Das Dichtungsmaterial umfasst einen Schaumkern,wenigstens eine leitfähige Flächenmaterialschicht bestehend aus einer vermengten Mischung aus einer Mehrzahl von leitfähigen und nicht leitfähigen Fasern, die auf einer ersten Seite des Schaumkerns vorgesehen ist, und eine vordefinierte Menge dieser vermengten Mischung aus einer Mehrzahl von leitfähigen und nicht leitfähigen Fasern, mit denen der Schaumkern in sich vollständig durch diesen hindurcherstreckender Weise durchsetzt ist. Des Weiteren offenbart die Druckschrift ein Verfahren zum Herstellen eines leitfähigen Dichtungsmaterials, wobei das Verfahren Beschichten eines Schaumkerns mit wenigstens einer leitfähigen Flächenmaterialschicht, die eine vermengte Mischung von leitfähigen und nicht leitfähigen Fasern umfasst; und Nadellochen der leitfähigen Flächenmaterialschicht und des Schaumkerns zum Ausbilden eines leitfähigen Dichtungsverbundmaterials umfasst. Das Dichtungsverbundmaterial umfasst eine vordefinierte Menge der vermengten Mischung aus der Mehrzahl von leitfähigen und nicht leitfähigen Fasern, mit denen der Schaumkern in sich vollständig durch diesen hindurcherstreckender Weise durchsetzt ist.
Der Nachteil bei den bekannten Strukturbauteilen ist, dass diese durch das Einbringen einer Schicht zum Abschirmen elektromagnetischer Felder sehr aufwändig in der Herstellung sind. Zudem müssen Strukturbauteile typischerweise räumlichen Gegebenheiten - wie beispielsweise in Fahrzeugen - angepasst werden, wodurch große Kompromisse zwischen Geometrie und Qualität der Abschirmung eingegangen werden müssen.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zu schaffen, welches eine verbesserte Herstellung für ein elektromagnetische Felder abschirmendes Strukturbauteil erlaubt. Zudem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein dem eingangs genannten technische Gebiet zugehörendes Strukturbauteil zu schaffen, welches ein optimales Verhältnis zwischen Strukturbauteilgeometrie und Qualität zu realisieren.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils mit einem Leichtbaukern aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle aus einem zweiten Material. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen eines Leichtbaukerns mit einer den Leichtbaukern umgebenden Flächenmaterialschicht, Positionieren des Leichtbaukerns in ein Formwerkzeug, Umfluten des Leichtbaukerns mit dem zweiten Material, und Aushärten des zweiten Materials.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird zunächst ein Leichtbaukern mit einer Flächenmaterialschicht bereitgestellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Aufbringen der Flächenmaterialschicht zu Beginn erfolgt. Somit kann die Flächenmaterialschicht auf nahezu jede gewünschte geometrische Form eines Leichtbaukerns aufgebracht werden. Zusätzlich kann die Flächenmaterialschicht auf jede Art eines Leichtbaukerns aufgebracht werden. Mit anderen Worten ist dieses Verfahren unabhängig von der Art des Leichtbaukerns, auf dessen Oberfläche die Flächenmaterialschicht aufgebracht wird, realisierbar. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird der Leichtbaukern einschließlich der aufgebrachten Flächenmaterialschicht in einem Formwerkzeug positioniert. Durch das anschließende Umfluten des Leichtbaukerns mit dem zweiten Material in dem Formwergzeug, wird die Flächenmaterialschicht vollständig umhüllt. Nach abschließendem Aushärten des zweiten Materials entsteht das fertige Strukturbauteil, welches durch die ausgehärtete Oberfläche geschützt ist. Die ausgehärtete Oberfläche bildet eine mechanisch belastbare Hülle. Diese Hülle kann einfach weiterverarbeitet werden und vermittelt sowohl haptisch als auch optisch einen hochwertigen Eindruck. Das Herstellungsverfahren weist sich durch Effizienz und eine hohe Prozesssicherheit aus. Es kann nahezu jede geometrische Form mit einer Flächenmaterialschicht versehen werden. Zudem ist das Herstellungsverfahren geeignet je nach Bedarf unterschiedliche Flächenmaterialschichten in das Strukturbauteil einzubetten, wobei der Zweck des Abschirmens elektromagnetischer Felder gewährleistet ist.
Als Leichtbaukern im Sinne dieser Anmeldung kann beispielsweise ein Formteil aus einem Polymer mit geringer Dichte von insbesondere unter 0,5 kg/dmD verstanden werden. Ein derartiger Leichtbaukern wird insbesondere mittels Partikelschaum in ein Schaumwerkzeug geschäumt oder mittels eines Gießverfahrens, insbesondere Spritzguss, hergestellt. Der Leichtbaukern kann somit eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Alternativ kann als Leichtbaukern im Sinne dieser Anmeldung auch ein Verbund, wie beispielsweise eine Sandwichstruktur, verstanden werden.
Der Leichtbaukern ist bei dem fertigen Strukturbauteil innerhalb einer Hülle angeordnet, welche aus dem zweiten Material besteht. Die Dicke der Hüllkontur des zu fertigenden Strukturbauteils beträgt beispielsweise mehr als 1 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 5 mm. Das zweite Material kann beispielsweise ein aushärtbares Polymer wie ein Homopolymer, ein Copolymer oder ein Polymerblend sein. Die Homopolymere und/oder Copolymere des zweiten ausgehärteten Materials können unterschiedliche Polymerisationsgrade aufweisen. Das zweite ausgehärtete Material in Form kann ferner in bestimmten Ausführungsformen Beimischungen von Fasermaterial, wie beispielsweise Glasfasern enthalten.
Die Flächenmaterialschicht kann beispielsweise eine leitfähige Schicht, eine leitfähige Folie oder ein Metallblech sein. Die Leitfähigkeit ist für die Abschirmung gegen elektrische und magnetische Felder wichtig. Alternativ sind auch metallbedampfte Kunststofffolien, Aluminiumfolie-kaschiertes Papier, sowie Graphit- und Leitlack-Schichten zu dem Zweck denkbar.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, umfasst das Bereitstellen des Leichtbaukerns mit einer den Leichtbaukern umgebenden Flächenmaterialschicht die Schritte Aufbringen einer Flächenmaterialschicht in ein Schaumwerkzeug, Ausschäumen des Schaumwerkzeugs, und Aushärten des Leichtbaukerns.
Durch das Aufbringen der Flächenmaterialschicht in das Schaumwerkzeug, kann eine optimale Anpassung der Flächenmaterialschicht an die Oberflächengeometrie erfolgen. Beispielsweise kann die Flächenmaterialschicht in Form einer metallischen Folie oder einer metallischen Beschichtung präzise auf die Innenflächen des Schaumwerkzeugs laminiert werden. Hierdurch kann besonders präzise eine gewünschte Schichtdicke der Flächenmaterialschicht realisiert werden, wodurch beispielsweise eine gewünschte Abschirmung eingestellt werden kann. Hierfür kann das Schaumwerkzeug zuvor mit einer Antihaft-Schicht vorbereitet werden, um ein Festhaften der Flächenmaterialschicht beim späteren Entfernen aus dem Schaumwerkzeug zu verhindern. Sobald die Flächenmaterialschicht im Schaumwerkzeug angeordnet ist, wird das Schaumwerkzeug beispielsweise mit Partikelschaum ausgeschäumt und ausgehärtet. Nach abgeschlossenem Aushärten des Schaums, kann das Formteil aus dem Schaumwerkzeug entfernt werden.
Um den Leichtbaukern beim abschließenden Umfluten mit dem zweiten Material in dem Formwergzeug möglichst vollständig und mit einer äquidistanten Schichtdicke zu umhüllen, erfolgt das Aufbringen mittels einer schaumwerkzeugseitig ausgebildete Abstandshalter aufweisenden Flächenmaterialschicht.
Durch die schaumwerkzeugseitig ausgebildeten Abstandshalter wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Abstand zwischen dem Leichtbaukern und der Wandung des Formwerkzeugs präzise eingestellt werden kann. Dadurch kann die Umflutung verbessert werden. Es ist nicht mehr notwendig zusätzliche Abstandshalterelemente auf die Oberfläche des Leichtbaukerns aufzubringen, da der Effekt bereits durch die in der Flächenmaterialschicht enthaltenen Abstandshalter sichergestellt ist. Dies macht den Herstellungsprozess effizienter, da ein zusätzlicher Arbeitsschritt eingespart wird. Die Flächenmaterialschicht erfüllt also eine Doppelfunktion.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, erfolgt das Aufbringen mittels einer einen Flächenmaterialverbund aufweisenden Flächenmaterialschicht.
Als Flächenmaterialverbund ist im Sinne dieser Anmeldung eine mehrlagige Flächenmaterialschicht zu verstehen. Die Flächenmaterialschicht kann also mehrere Schichten unterschiedlicher Materialien umfassen. Das Herstellungsverfahren wird hierdurch effizienter, da die unterschiedlichen Flächenmaterialschichten nicht nacheinander aufgetragen werden müssen, sondern in einem Arbeitsschritt als Flächenmaterialverbund aufgebracht werden können.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform, erfolgt das Aufbringen der Flächenmaterialschicht mittels thermischen Verdampfens. Das thermische Verdampfen ist auch unter der Bezeichnung der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) bekannt.
Um ein optimale Adhäsion zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern zu realisieren, erfolgt nach dem Aufbringen einer Flächenmaterialschicht in das Schaumwerkzeug, ein Applizieren eines Haftvermittlers auf die Flächenmaterialschicht. Der Haftvermittler kann hierbei auf die Flächenmaterialschicht auflaminiert, aufgesprüht oder in sonstiger geeigneter Weise aufgebracht werden. Möglich ist auch ein Applizieren eines Haftvermittlers auf die Flächenmaterialschicht vor dem Aufbringen der Flächenmaterialschicht in das Schaumwerkzeug bzw. auf die inneren Begrenzungswände des Schaumwerkzeugs. Beispielsweise kann die Flächenmaterialschicht als metallische Folie ausgebildet sein, wobei ein Haftvermittler bereits auf die Folie aufgebracht wird, bevor diese in das Schaumwerkzeug eingearbeitet wird. Dadurch wird das Verfahren zusätzlich verbessert, da einerseits durch den Haftvermittler die Adhäsion zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern gesteigert wird. Zum Anderen lassen sich auch Materialpaarungen - Leichtbaukern und Flächenmaterialschicht - die ohne das Wirken eines Haftvermittlers nicht ausreichen fest miteinander verbindbar sind.
Gemäß eine weiteren Ausführungsform, erfolgt das Applizieren des Haftvermittlers mittels eines Flüssigklebers. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auf gängige Flüssigkleber zurückgegriffen werden kann. Zusätzlich kann in Abhängigkeit der Geometrie und der mechanischen Belastung des Strukturbauteils die Menge des Haftvermittlers gezielt gesteuert werden. Somit können beispielsweise auf stark Moment- oder Druckbelastete Abschnitte des Strukturbauteils größere Mengen an Haftvermittler aufgebracht werden. Entsprechend kann an weniger stark belasteten Abschnitten Haftvermittler eingespart werden.
Um die Adhäsion zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern zusätzlich zu verbessern, erfährt der Leichtbaukern nach dem Ausschäumen eine Temperaturerhöhung auf zumindest 80°C und maximal 200°C, insbesondere auf zumindest 100°C und maximal auf 150°C, zum Auslösen des Haftvermittlers.
Die Temperaturbehandlung hat beispielsweise den Vorteil, dass der Haftvermittler erst ab einer bestimmten Temperatur ausgelöst wird. Mit anderen Worten können die Flächenmaterialschicht und der Leichtbaukern zunächst normal bereitgestellt werden. Erst wenn das Bereitstellen erfolgt ist, wird der Haftvermittler durch die Temperaturerhöhung ausgelöst. Dadurch wird das Herstellungsverfahren präziser und sicherer realisierbar. Dadurch, dass das Auslösen erst ab einer Temperatur von 80°C erfolgt, kann der Haftvermittler ohne Probleme gelagert und transportiert werden. Auch hohe Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Transport in Kraftfahrzeugen im Sommer auftreten können, stellen keine beachtliche Einschränkung dar. Gleiches gilt beispielsweise auch für den späteren Einsatz des Strukturbauteils in einem Kraftfahrzeug. Hier können problemlos Temperaturen von 50°C und mehr auftreten.
Die Obergrenze von 200°C liegt in den Materialeigenschaften der Leichtbaukerns begründet. Beispielsweise besteht dieser aus einem Partikelschaum, welcher bei Temperaturen über 200°C irreversibel geschädigt wird.
Ein Temperaturintervall zwischen 100°C zum Auslösen des Haftvermittlers und 150°C als materialspezifische Obergrenze des Leichtbaukerns definiert ideale Behandlungsparameter dar.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Bereitstellen des Leichtbaukerns mit einer den Leichtbaukern umgebenden Flächenmaterialschicht die Schritte Bereitstellen des Leichtbaukerns und Aufbringen der Flächenmaterialschicht auf den Leichtbaukern.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen wird die Flächenmaterialschicht nunmehr direkt auf den Leichtbaukern aufgebracht. Dies hat beispielsweise den technischen Vorteil, dass auf nahezu jeden geeigneten Leichtbaukern die Flächenmaterialschicht aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann hierfür ein Leichtbaukern im Sinne eines Verbundes oder einer Sandwichstruktur eingesetzt werden. Es kann hierbei eine präzise Anpassung der Flächenmaterialschicht auf den Leichtbaukern erfolgen, wobei die Flächenmaterialschicht auf die Geometrie auflaminiert wird. Das Herstellungsverfahren wird somit flexibler und vielseitiger anwendbar. Alternativ kann das Bereitstellen des Leichtbaukerns mittels Ausschäumen eines Schaumwerkzeugs und Aushärten eines Schaumkörpers erfolgen.
Um den Leichtbaukern beim abschließenden Umfluten mit dem zweiten Material in dem Formwergzeug möglichst vollständig und mit einer äquidistanten Schichtdicke zu umhüllen, erfolgt das Aufbringen mittels einer schaumwerkzeugseitig ausgebildete Abstandshalter aufweisenden Flächenmaterialschicht. Die Flächenmaterialschicht erfüllt also auch hier eine Doppelfunktion. Es ergeben sich die identischen Vorteile wie in einer vorausgehenden Ausführungsformen, wonach durch die schaumwerkzeugseitig ausgebildeten Abstandshalter erreicht wird, dass ein Abstand zwischen dem Leichtbaukern und der Wandung des Formwerkzeugs präzise eingestellt werden kann. Hierdurch kann die Umflutung verbessert werden und es ist nicht mehr notwendig zusätzliche Abstandshalterelemente auf die Oberfläche des Leichtbaukerns aufzubringen, da der Effekt bereits durch die in der Flächenmaterialschicht enthaltenen Abstandshalter sichergestellt ist. Dies macht den Herstellungsprozess effizienter, da ein zusätzlicher Arbeitsschritt eingespart wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, erfolgt das Aufbringen mittels einer einen Flächenmaterialverbund aufweisenden Flächenmaterialschicht.
Als Flächenmaterialverbund ist eine mehrlagige Flächenmaterialschicht zu verstehen. Die Flächenmaterialschicht kann also mehrere Schichten unterschiedlicher Materialien umfassen. Das Herstellungsverfahren wird hierdurch effizienter, da die unterschiedlichen Flächenmaterialschichten nicht nacheinander aufgetragen werden müssen, sondern in einem Arbeitsschritt als Flächenmaterialverbund aufgebracht werden können.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform, erfolgt das Aufbringen der Flächenmaterialschicht mittels thermischen Verdampfens. Das thermische Verdampfen ist auch unter der Bezeichnung der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) bekannt. Hierbei sind diesem Verfahrensschritt jedoch physikalische Grenzen gesetzt, welche in der Temperaturempfindlichkeit des Leichtbaukerns begründet sind. Alternative wäre es jedoch ebenfalls denkbar die Flächenmaterialschicht mittels thermischen Verdampfens in einem Zwischenritt auf eine Folie aufzubringen, welche im Anschluss als Flächenmaterialschicht auf den Leichtbaukern aufgebracht wird.
Um ein optimale Adhäsion zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern zu realisieren, erfolgt vor dem Aufbringen einer Flächenmaterialschicht auf den Leichtbaukern, ein Applizieren eines Haftvermittlers zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern. Der Haftvermittler kann hierbei auf die Flächenmaterialschicht oder auf den Leichtbaukern auflaminiert, aufgesprüht oder in sonstiger geeigneter Weise aufgebracht werden. Möglich ist beispielsweise ein Applizieren eines Haftvermittlers auf die Flächenmaterialschicht. Beispielsweise kann die Flächenmaterialschicht als metallische Folie ausgebildet sein, wobei ein Haftvermittler bereits auf die Folie aufgebracht wird, bevor diese auf den Leichtbaukern aufgebracht wird. Dadurch wird das Verfahren zusätzlich verbessert, da einerseits durch den Haftvermittler die Adhäsion zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern gesteigert wird. Zum Anderen lassen sich auch Materialpaarungen - Leichtbaukern und Flächenmaterialschicht - kombinieren, die ohne das Wirken eines Haftvermittlers nicht ausreichen fest miteinander verbindbar wären.
Gemäß eine weiteren Ausführungsform, erfolgt das Applizieren des Haftvermittlers mittels eines Flüssigklebers. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auf gängige Flüssigkleber zurückgegriffen werden kann. Zusätzlich kann in Abhängigkeit der Geometrie und der mechanischen Belastung des Strukturbauteils die Menge des Haftvermittlers gezielt gesteuert werden. Somit können beispielsweise im Bereich stark moment- oder druckbelasteter Abschnitte des Strukturbauteils größere Mengen an Haftvermittler aufgebracht werden. Entsprechend kann an weniger stark belasteten Abschnitten Haftvermittler eingespart werden.
Um die Adhäsion zwischen der Flächenmaterialschicht und dem Leichtbaukern zusätzlich zu verbessern, erfährt der Leichtbaukern nach dem Ausschäumen eine Temperaturerhöhung auf zumindest 80°C und maximal 200°C, insbesondere auf zumindest 100°C und maximal auf 150°C, zum Auslösen des Haftvermittlers. Es stellen sich analog zu einer bereits ausgeführten Ausführungsform die identischen Vorteile dar. So hat die Temperaturbehandlung beispielsweise den Vorteil, dass der Haftvermittler erst ab einer bestimmten Temperatur ausgelöst wird. Mit anderen Worten können die Flächenmaterialschicht und der Leichtbaukern zunächst normal bereitgestellt werden. Erst wenn das Bereitstellen erfolgt ist, wird der Haftvermittler durch die Temperaturerhöhung ausgelöst. Dadurch wird das Herstellungsverfahren präziser und sicherer realisierbar. Dadurch, dass das Auslösen erst ab einer Temperatur von 80°C erfolgt, kann der Haftvermittler ohne Probleme gelagert und transportiert werden. Auch hohe Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Transport in Kraftfahrzeugen im Sommer auftreten können, stellen keine beachtliche Einschränkung dar. Gleiches gilt beispielsweise auch für den späteren Einsatz des Strukturbauteils in einem Kraftfahrzeug. Hier können problemlos Temperaturen von 50°C und mehr auftreten. Die Obergrenze von 200°C liegt in den Materialeigenschaften der Leichtbaukerns begründet. Beispielsweise besteht dieser aus einem Partikelschaum, welcher bei Temperaturen über 200°C irreversibel geschädigt wird. Ein Temperaturintervall zwischen 100°C zum Auslösen des Haftvermittlers und 150°C als materialspezifische Obergrenze des Leichtbaukerns definiert ideale Behandlungsparameter dar.
Um die Flächenmaterialschicht auch an anspruchsvolle Geometrien optimal anpassen zu können, erfolgt das Aufbringen der Flächenmaterialschicht zumindest bereichsweise durch Tiefziehen der Flächenmaterialschicht. Beispielsweise besteht die Flächenmaterialschicht aus einem tiefziehbaren Werkstoff wie einer Aluminiumfolie. Durch das Tiefziehen kann Faltenbildung der Aluminiumfolie vorgebeugt werden und die Qualität der Herstellungsverfahren kann gesteigert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, erfolgt das Aufbringen der Flächenmaterialschicht mittels einer metallischen Folie, insbesondere einer Aluminiumfolie, insbesondere einer Kupferfolie, insbesondere einer Edelstahlfolie oder insbesondere einer Kombination der vorgenannten Folien.
Dadurch können die Eigenschaften des zu fertigenden Strukturbauteils angepasst werden. Der Einsatz unterschiedlicher Materialien ermöglicht unterschiedliche Wirkungsweisen und Effekte, welche sich insbesondere auf die Abschirmungseigenschaften des Strukturbauteils auswirken. Auch ein Verbund verschiedener Folien ist hier realisierbar. Das Verfahren insgesamt wird hierdurch flexibler und kann an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
Um das Verfahren möglichst effizient zu gestalten, erfolgt das Ausschäumen des Leichtbaukerns mittels eines Polymers im Form von Polyurethan oder Partikelschaum, insbesondere geschäumten Polystyrols, geschäumten Polyethylens oder geschäumten Polypropylens. Derartige Polymere sind in großen Mengen verfügbar und lassen sich einfach verarbeiten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, erfolgt das Umfluten durch das zweite Material mittels eines Polymers, insbesondere Polyurethan. Das zweite Material weist vor dem Aushärten eine hohe Viskosität auf. Dadurch lässt sich das Verfahren besonders einfach realisieren, da das zweite Material ohne großen Aufwand in alle Zwischenräume zwischen dem Formwerkzeug und dem Leichtbaukern einströmen kann. In ausgehärteten Zustand bildet das Polymer eine verschlossene Oberfläche. Dadurch sind die innenliegenden Bestandteile des Leichtbaukerns und der Flächenmaterialschicht geschützt. Zusätzlich kann die Hülle, welche durch das ausgehärtete zweite Material ausgebildet wird, die Stabilität des Strukturbauteils verbessern. Insgesamt ist das Herstellungsverfahren durch den Einsatz des Polymers zuverlässig realisierbar und bietet eine reproduzierbare Qualität.
Nach einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 21 gelöst. Die Erfindung betrifft demnach ein Strukturbauteil mit einem Leichtbaukern aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle aus einem zweiten Material, nach einem der vorangehenden Ausführungsformen.
Die technischen Vorteile entsprechen teilweise mit den Vorteilen des vorgenannten Aspekts und den zugeordneten Ausführungsformen vergleichbar.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Figurenliste
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns,
2 eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns mit einer leitfähigen Flächenmaterialschicht,
3 eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns in einem Formwerkzeug,
4 eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns in einem Formwerkzeug in einem umfluteten Zustand,
5 eine schematische Darstellung eines Strukturbauteils einer leitfähigen Flächenmaterialschicht zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern, 6 einen Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer ersten Ausführungsform, und
7 einen Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer zweiten Ausführungsform.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns 110. Der Leichtbaukern 110 ist ein Formteil aus einem Polymer mit geringer Dichte, welches mittels Partikelschaum in ein Schaumwerkzeug 140 (nicht gezeigt) geschäumt wurde. Der Leichtbaukern 110 ist in 2 als einfacher Quader ausgebildet, kann jedoch eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Alternativ kann der Leichtbaukern 110 auch ein Verbund, wie beispielsweise eine Sandwichstruktur, sein.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns 110 mit einer leitfähigen Flächenmaterialschicht 120. Die leitfähigen Flächenmaterialschicht 120 wurde auf den Leichtbaukern 110 aufgebracht. Die Flächenmaterialschicht 120 besteht beispielsweise aus einer Aluminiumfolie. Auf einer Außenseite der Flächenmaterialschicht 120 befinden sich Abstandhalter 122, welche für eine optimale Positionierung im Formwerkzeug 150 (nicht gezeigt) hilfreich sind. Die Abstandshalter 122 sind fest auf der Flächenmaterialschicht 120 angeordnet und können im Fall einer metallischen Folie als vorgeprägte Noppen eingebracht sein. Zwischen dem Leichtbaukern 110 und der Flächenmaterialschicht 120 befindet sich zur Verbesserung der Adhäsion zwischen Leichtbaukern 110 und Flächenmaterialschicht 120 ein Haftvermittler 124.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns 110 in einem Formwerkzeug 150. Der Leichtbaukern 110 weist die leitfähigen Flächenmaterialschicht 120 in Form einer Aluminiumfolie auf. Die Aluminiumfolie umfasst auf ihrer dem Leichtbaukern 110 abgewandten Seite Abstandhalter 122, welche die optimale Positionierung des Leichtbaukerns 110 im Formwerkzeug 150 sicherstellen, sodass ein äquidistanter Abstand zwischen Begrenzungswand des Formwerkzeugs 150 und Leichtbaukern 110 realisiert ist. Eine Einfüllöffnung 152 dient dem späteren Einströmen von Polyurethan.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Leichtbaukerns 110 in einem Formwerkzeug 150 in einem umfluteten Zustand. Die 4 zeigt größtenteils identische Merkmale wie in der 3. Auf eine erneute Beschreibung identischer Merkmale wird daher verzichtet.
Im Unterschied zu der 3 wurde der Leichtbaukern 110 mittels Polyurethan umflutet. Hierfür wurde Polyurethan in einem flüssigen Zustand über die Einfüllöffnung ein das Formwerkzeug 150 eingeströmt. Durch die Abstandshalter 122 wurde der Leichtbaukern 110 vollständig umflutet und die Schichtdicke des Polyurethans ist überall gleich stark ausgebildet. In diesem Zustand erstarrt das flüssig eingeströmte Polyurethan und bildet damit eine feste Hülle 130 aus.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Strukturbauteils 110 der leitfähigen Flächenmaterialschicht 120 zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern. Die leitfähige Flächenmaterialschicht 120 ist vollständig von einer festen Hülle 130 aus Polyurethan umgeben und wurde vollständig aus dem Formwerkzeug 150 (nicht gezeigt) entfernt.
Die 6 zeigt einen Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer ersten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils 100 mit einem Leichtbaukern 110 aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht 120 zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle 130 aus einem zweiten Material umfasst die Schritte Aufbringen 10A einer Flächenmaterialschicht 120 in ein Schaumwerkzeug 140, Ausschäumen 20 des Schaumwerkzeugs 140, und Aushärten 30 des Leichtbaukerns 110. Im Anschluss erfolgt das Positionieren 50 des Leichtbaukerns 110 in ein Formwerkzeug 150, das Umfluten 60 des Leichtbaukerns 110 mit dem zweiten Material, sowie das Aushärten 70 des zweiten Materials.
Die wesentliche Besonderheit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in dem Aufbringen der Flächenmaterialschicht 120 in ein Schaumwerkzeug 140. Dadurch ist man einerseits an ein bestimmtes Herstellungsverfahren und somit an einen bestimmten Typ eines Leichtbaukerns gebunden. Andererseits lässt sich hier die Flächenmaterialschicht 120 an jede spezifische Geometrie eines Leichtbaukerns anpassen.
Die 7 zeigt einen Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer zweiten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils 100 mit einem Leichtbaukern 110 aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht 120 zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle 130 aus einem zweiten Material umfasst die Schritte Bereitstellen 40 eines Leichtbaukerns 110 und das Aufbringen 10B der Flächenmaterialschicht 120 auf den Leichtbaukern 110. Anschließend erfolgt das Positionieren 50 des Leichtbaukerns 110 in ein Formwerkzeug 150, wonach das Umfluten 60 des Leichtbaukerns 110 mit dem zweiten Material erfolgt. Abschließend wird in einem letzten Schritt das zweite Material ausgehärtet 70.
Eine Besonderheit dieser Ausführungsform liegt in der Tatsache begründet, dass nahezu jedes Material als Leichtbaukern 110 bereitgestellt werden kann. So wird zuerst ein Leichtbaukern 110 bereitgestellt - beispielsweise ein Verbund oder eine Sandwichstruktur - und das Aufbringen der Flächenmaterialschicht erfolgt im Anschluss.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils mit einem Leichtbaukern und einer leitfähigen Flächenmaterialschicht zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern umfasst die Schritte Aufbringen einer Flächenmaterialschicht in ein Schaumwerkzeug, Ausschäumen des Schaumwerkzeugs, und Aushärten des Leichtbaukerns. Dadurch dass die Flächenmaterialschicht zuerst in dem Schaumwerkzeug aufgebracht wird, kann eine optimale Anpassung der Flächenmaterialschicht an die Oberflächengeometrie erfolgen. Beispielsweise kann die Flächenmaterialschicht in Form einer metallischen Folie oder einer metallischen Beschichtung präzise auf die Innenflächen des Schaumwerkzeugs laminiert werden. Hierfür kann das Schaumwerkzeug zuvor mit einer Antihaft-Schicht vorbereitet werden, um ein Festhaften der Flächenmaterialschicht beim Entfernen aus dem Schaumwerkzeug zu verhindern. Sobald die Flächenmaterialschicht im Schaumwerkzeug angeordnet ist, wird das Schaumwerkzeug mit der dem Fachmann bekannten Technik ausgeschäumt. Nach abgeschlossenem Aushärten des Schaums, kann das Formteil aus dem Schaumwerkzeug entfernt werden.
Bezugszeichenliste

10A, 10B: Aufbringen
12: Applizieren
20: Ausschäumen
30: Aushärten
40: Bereitstellen
60: Umfluten
70: Aushärten
100: Strukturbauteil
110: Leichtbaukern
120: Flächenmaterialschicht
122: Abstandshalter
124: Haftvermittler
130: Hülle
140: Schaumwerkzeug
150: Formwerkzeug
152: Einfüllöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1654917 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils (100) mit einem Leichtbaukern (110) aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle (130) aus einem zweiten Material, mit den Schritten: - Bereitstellen (40) eines Leichtbaukerns (110) mit einer den Leichtbaukern (110) umgebenden Flächenmaterialschicht (120), - Positionieren (50) des Leichtbaukerns (110) in ein Formwerkzeug (150), - Umfluten (60) des Leichtbaukerns (110) mit dem zweiten Material, und - Aushärten (70) des zweiten Materials.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen (40) des Leichtbaukerns (110) mit einer den Leichtbaukern (110) umgebenden Flächenmaterialschicht (120) folgende Schritte umfasst: - Aufbringen (10A) einer Flächenmaterialschicht (120) in ein Schaumwerkzeug (140), - Ausschäumen (20) des Schaumwerkzeugs (140), und - Aushärten (30) des Leichtbaukerns (110).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10A) mittels einer schaumwerkzeugseitig ausgebildete Abstandshalter (122) aufweisenden Flächenmaterialschicht (120) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10A) mittels einer einen Flächenmaterialverbund aufweisenden Flächenmaterialschicht (120) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10A) der leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) mittels thermischen Verdampfens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen (10A) einer Flächenmaterialschicht (120) in das Schaumwerkzeug (140), ein Applizieren (12) eines Haftvermittlers (124) auf die Flächenmaterialschicht (120) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Applizieren (12) des Haftvermittlers (124) mittels eines Flüssigklebers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbaukern (110) nach dem Ausschäumen (20) eine Temperaturerhöhung auf zumindest 80°C und maximal 200°C, insbesondere auf zumindest 100°C und maximal auf 150°C, zum Auslösen des Haftvermittlers (124) erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen (40) des Leichtbaukerns (110) mit einer den Leichtbaukern (110) umgebenden Flächenmaterialschicht (120) folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen (40) des Leichtbaukerns (110), - Aufbringen (10B) der Flächenmaterialschicht (120) auf den Leichtbaukern (110).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen (40) des Leichtbaukerns (110) mittels Ausschäumen (20) eines Schaumwerkzeugs (140) und Aushärten (30) eines Schaumkörpers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10B) mittels einer außenseitig ausgebildete Abstandshalter (122) aufweisenden Flächenmaterialschicht (120) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10B) mittels einer einen Flächenmaterialverbund aufweisenden Flächenmaterialschicht (120) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10B) der leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) mittels thermischen Verdampfens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen (10B) einer Flächenmaterialschicht (120) auf den Leichtbaukern (110), ein Applizieren (12) eines Haftvermittlers (124) zwischen der Flächenmaterialschicht (120) und dem Leichtbaukern (110) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Applizieren (12) des Haftvermittlers (124) mittels eines Flüssigklebers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen (10B) der leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) auf den Leichtbaukern (110) eine Temperaturerhöhung auf zumindest 80°C und maximal 200°C, insbesondere auf zumindest 100°C und maximal auf 150°C, zum Auslösen des Haftvermittlers (124) erfährt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10B) der Flächenmaterialschicht (120) zumindest Bereichsweise durch Tiefziehen der Flächenmaterialschicht (120) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (10B) der Flächenmaterialschicht (120) mittels einer metallischen Folie, insbesondere einer Aluminiumfolie, insbesondere einer Kupferfolie, insbesondere einer Edelstahlfolie oder insbesondere einer Kombination der vorgenannten Folien erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausschäumen (20) des Leichtbaukerns (110) mittels eines Polymers im Form von Polyurethan oder Partikelschaum, insbesondere geschäumten Polystyrols, geschäumten Polyethylens oder geschäumten Polypropylens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfluten (60) durch das zweite Material mittels eines Polymers, insbesondere Polyurethan erfolgt.
Strukturbauteil (100) mit einem Leichtbaukern (110) aus einem ersten Material, einer leitfähigen Flächenmaterialschicht (120) zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldern und einer Hülle (130) aus einem zweiten Material, nach einem der Ansprüche 2 bis 20.