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Die
Erfindung betrifft ein flächiges
Verbundbauteil, insbesondere eines Dachmoduls eines Fahrzeugs, sowie
ein Verfahren zum Herstellen eines solchen flächigen Verbundbauteils.
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Aus
der
EP 1 172 282 A2 ist
ein Fahrzeugverbundbauteil bekannt geworden, das aus einer Außenhaut,
einer Innenschicht und einem Hohlkammern enthaltenden Distanzteil,
das zwischen der Außenhaut
und der Innenschicht angeordnet ist und mit diesen verbunden ist,
aufgebaut ist. Eine Verbindung oder Befestigung des Fahrzeugverbundbauteils
mit bzw. an anderen Bauteilen ist nicht Gegenstand dieser Druckschrift.
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Eine
Möglichkeit
zur Integration von Einlegeteilen zum Befestigen von Anbauteilen
an einem Fahrzeugverbundbauteil wie z. B. an einem PU-Glasfaser-Waben-Verbundbauteil mit
Deckschichten besteht darin, daß die
Einlegeteile zum Anschäumen
in ein Oberwerkzeug eines Formwerkzeugs eingelegt werden und durch
Adhäsion
an der Oberseite der einen Deckschicht mittels der Polyurethanschicht
verklebt wird. Die Adhäsionsverbindung
begrenzt jedoch bei Belastung der Einlegeteile im Einbauzustand
die Höhe
der übertragbaren
Kraft deutlich, so daß für eine große Kraftübertragung
große
Haftflächen
erforderlich sind, wodurch auch die Einlegeteile großflächig sein
müssen
und damit ein relativ großes
Gewicht aufweisen. Bei Überschreiten
einer Grenzlast versagt die Haftverbindung abrupt, so daß das Einlegeteil
von dem Verbundbauteil abgerissen wird.
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Des
weiteren müssen
in dem Oberwerkzeug aufwendige Aufnahmen für die Einlegeteile vorgesehen
werden. Durch die an dem Verbundbauteil einseitige Anbringung des
Einlegeteils kann insbesondere bei einem großflächigen Einlegeteil ein Verzug des
Verbundbauteils aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der Bauteile
(vergleichbar einem Bimetall-Effekt) auftreten.
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Ein
gattungsgemäßes flächiges Verbundbauteil
ist aus der Druckschrift „Sandwichplatten-Verarbeitungstechnik" (Januar 1997, Publikation
No. LTU 018, Wela-Handelsgesellschaft)
bekannt geworden, bei dem Befestigungselemente durch Einkleben von
Einsätzen
angebracht werden können.
Dabei werden in das Verbundbauteil Ausnehmungen gebohrt oder gefräst, in die
unterschiedliche Einsätze eingesetzt
und darin festgeklebt werden. Dabei kann das Einsatzteil z. B. an
der unteren Deckschicht innenseitig anliegen oder außenseitig
auf der oberen Deckschicht oder der oberen und der unteren Deckschicht
anliegen bzw. daran verklebt sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein eingangs genanntes flächiges Verbundbauteil zu schaffen,
bei dem bei einfach gestaltetem, leichtem Aufbau eine feste und
sichere Anbringung von Einlegeteilen oder Befestigungsteilen ermöglicht ist,
sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen flächigen Verbundbauteils
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein flächiges
Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die Integration des Einlegeteils in die Deckschicht kann ein vorhandenes
Formwerkzeug zur Herstellung verwendet werden, da im Werkzeug Aufnahmen
für das über die
Deckschicht nicht hinausstehende Einlegeteil nicht erforderlich
sind. Damit können
eine Vielzahl unterschiedlicher Einlegeteile verwendet werden, ohne
daß hierfür eine Werkzeuganpassung
oder -umrüstung
erforderlich wäre. Da
das Einlegeteil unterhalb bzw. zwischen den festen Deckschichten
fixiert ist, tragen diese mit ihren hohen Festigkeit zu der Verankerung
des Einlegeteils wesentlich bei. Eine weitere Zunahme der Festig keit ergibt
sich, da das Einlegeteil zusätzlich
durch eine vollständig
ausgeschäumte
Formhöhlung
fixiert ist. Diese Ausschäumung überträgt auf das
Einlegeteil eingeleitete Ausreißkräfte auf
eine größere Fläche der
Deckschicht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zweckmäßigerweise
ist das Einlegeteil durch zusätzlich
in die Distanzschicht eingebrachten Kunststoff bzw. Kunststoffschaum
fixiert. Für
die Fixierung wird demnach gezielt eine größere Menge an Kunststoffschaum
eingebracht, als für
die Herstellung der Deckschichten erforderlich ist. Der Kunststoff
bzw. Kunststoffschaum kann ein Thermoplast, ein Duroplast und insbesondere
ein Polyurethan sein.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, daß dem Einlegeteil
benachbarte Hohlräume
der Distanzschicht ausgeschäumt
sind. Auch hierdurch ergibt sich eine weitere Festigkeitserhöhung.
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Die
Formhöhlung
kann durch Einpressen in die Distanzschicht oder durch Herausarbeiten
eines entsprechenden Bereichs der Distanzschicht gebildet sein.
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Die
Formhöhlung
kann vor dem Aufbringen der Deckschicht zumindest zu der einen Außenfläche der
Distanzschicht hin geöffnet
sein oder sie ist zu beiden Seiten hin geöffnet, wenn Einlegeteile für eine zweiseitige
Befestigung eingebaut werden.
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Vorzugsweise
bildet der eingepreßte
und verdichtete Abschnitt der Distanzschicht eine Trennschicht zwischen
dem Einlegeteil und der dem verdichteten Abschnitt benachbarten
Deckschicht, so daß an
der Deckschicht nicht erkennbar ist, daß darunter das Einlegeteil
angeordnet ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn auf der
Deckschicht noch eine dekorative Außenschicht angebracht ist.
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Zweckmäßigerweise
wird die Deckschicht, die bei der Herstellung des Verbundbauteils
das Einlegeteil überdeckend
angeordnet ist, am Einlegeteil schon bei der Herstellung entfernt,
jedoch kann dies bedarfsweise auch später erfolgen.
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Vorzugsweise
ist die eine Hohlraumstruktur aufweisende Distanzschicht von einer
Wabenstruktur aus Papier, Pappe, Kunststoff oder Metall mit dazwischen
liegenden Stegen gebildet. Jedoch kann die Wabenstruktur auch aus
wellenförmigen
Schichten gebildet sein, wobei die Wellen die Stege bilden. Da für die Stege
dünnwandiges
Material verwendet wird, hat die Wabenstruktur bzw. die Tragstruktur
ein geringes Gewicht.
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Andererseits
kann die eine Hohlraumstruktur aufweisende Distanzschicht auch von
einem Kunststoffschaum gebildet sein.
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Die
aus glasfaserverstärktem
Kunststoff hergestellte Deckschicht ist vorzugsweise aus einer mit Polyurethanschaum
verstärkten
Glasfasermatte gebildet.
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Des
weiteren kann auf der einen der beiden Deckschichten eine Außenschicht
aufgebracht sein, die z. B. die Außenhaut eines Dachmoduls darstellt.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines flächigen Verbundbauteils,
beispielsweise eines Dachmoduls für Kraftfahrzeuge, dadurch gelöst, daß in einer
eine Hohlraumstruktur aufweisenden Distanzschicht eine sich zu zumindest einer
der Außenflächen öffnende
Formhöhlung
gebildet wird, daß ein
Einlegeteil in die Formhöhlung
eingesetzt wird, daß auf
beide Außenflächen der
Distanzschicht eine Glasfaserschicht und darauf ein aushärtender
Kunststoff aufgebracht wird und daß dieses Rohbauteil in ein
Formwerkzeug eingelegt wird und im geschlossenen Formwerkzeug der
aushärtende
Kunststoff eine Verbindung der Deckschichten mit der Distanzschicht
und dem Einlegeteil bildet.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele des
flächigen
Verbundbauteils unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt:
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1 in
einer Querschnittansicht ein flächiges
Verbundbauteil mit einem Einlegeteil zwischen den beiden Werkzeughälften eines
Formwerkzeugs;
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2 in
einer Querschnittansicht in vergroßerter Ausschnittdarstellung
das flächige
Verbundbauteil der 1;
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3 in
einer Querschnittansicht das flächige
Verbundbauteil mit einem gegenüber
der Ausführungsform
der 1 unterschiedlichen Einlegeteil; und
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4 in
einer Querschnittansicht ein flächiges
Verbundbauteil mit einem Einlegeteil zwischen den beiden Werkzeughälften eines
Formwerkzeugs, wobei das Einlegeteil im Formwerkzeug gegen die Außenseite
einer Deckschicht des Verbundbauteils gepreßt wird.
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Ein
flächiges
Verbundbauteil 1, das z. B. eine Dachfläche eines Fahrzeugdachmoduls
eines Personenkraftfahrzeugs bildet, enthält eine Distanzschicht 2,
die im Ausführungsbeispiel
eine Papierwabenstruktur ist. Die Hohlräume oder Waben 3 der
Papierwabenstruktur sind durch Wände
oder Stege 4, die im wesentlichen senkrecht zu den beiden
sich gegenüberliegenden
Außenflächen 5 und 6 der
Distanzschicht 2 angeordnet sind, voneinander getrennt.
Die Distanzschicht 2 enthält an ihren beiden Außenflächen 5 und 6 jeweils
eine Deckschicht 7 bzw. 8, die aus einer mit ausgehärtetem Polyurethanschaum verstärkten Glasfasermatte
besteht. Der ausgehärtete
Polyurethanschaum bildet an den Enden der Stege 4 PU-Verstärkungen 9,
deren Größe von der
auf die Glasfasermatte aufgespritzten Menge an PU abhängig ist.
Beispielhaft und schematisch sind kleinerer PU-Verstärkungen 9 und
größere PU-Verstärkungen 9' dargestellt,
die sich entlang der Stege 4 weiter in das Innere der Distanzschicht 2 erstrecken,
wobei die Größe der PU-Verstärkungen 9, 9' einerseits
die Festigkeit des Verbundbauteils 1 und andererseits das Gewicht
des Verbundbauteils 1 beeinflussen. Durch einen gezielt
ungleichmäßigen Auftrag
von Polyurethan auf die Glasfasermatte können an dem Verbundbauteil
Bereiche mit kleineren PU-Verstärkungen 9 und
Bereiche mit größeren PU-Verstärkungen 9', beispielsweise
in höher
belasteten Abschnitten des Verbundbauteils 1, gebildet
werden.
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Das
flächige
Verbundbauteil 1, das in 1 ausschnittsweise
zwischen zwei ebenfalls nur ausschnittsweise dargestellten Werkzeughälften 10 und 11 (gemäß der Darstellung
der 1 eine obere Werkzeughälften 10 und eine
untere Werkzeughälften 11)
eines Formwerkzeugs gezeigt ist, enthält zumindest ein Einlegeteil 12,
das z. B. zur Festlegung des Verbundbauteils 1 an seinem
Einbauort am Fahrzeug oder zum Anbringen weiterer Bauteile am Verbundbauteil 1 dient.
Das Einlegeteil 12 enthält
ein Basisteil 13 und ein davon abstehendes hohlzylindrisches
Befestigungsteil 14 mit einem Innengewinde 15.
Das Einlegeteil 12 ist in eine Formhöhlung 16 formschlüssig eingesetzt,
die in der Distanzschicht 2 z. B. durch Einpressen eines
Stempels von der oberen Außenfläche 5 in
Richtung zur unteren Außenfläche 6 gebildet
ist, wobei die Wabenstruktur bzw. die Stege 4 in der Größe des Querschnitts
des Stempels bzw. der Formhöhlung 16 in
eine Tragschicht 17 komprimiert worden ist. Statt mittels
eines Stempels kann die Formhöhlung 16 auch
unmittelbar durch Eindrücken
oder Einschlagen des Einlegeteils 12 in die Wabenstruktur
der Distanzschicht 2 gebildet werden. Andererseits kann
die Formhöhlung 16 auch
ausgestanzt, ausgeschnitten oder ausgefräst werden, wobei dann die entsprechenden
Stege der Wabenstruktur entfernt werden und somit keine Tragschicht 17 gebildet
wird. Die Tragschicht 17 bildet eine thermische und mechanische
Trennschicht zur unteren Deckschicht 8 hin.
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Die
Länge des
Einlegeteils 12 bzw. des Befestigungsteils 14 ist
bevorzugt derart gewählt,
daß in seiner
Einbaulage das offene Oberende des Befestigungsteils 14 mit
der oberen Außenfläche 5 der
Distanzschicht 2 in etwa abschließt. Die über das Einlegeteil 12 bzw.
das Befestigungsteil 14 gelegte Glasfasermatte bildet nach
Aushärten
des PU-Schaumes die feste Deckschicht 7, die im Bereich
des Befestigungsteils 14 wieder entfernt wird, wenn eine Schraube
in das Innengewinde 15 eingeschraubt werden soll (1 zeigt
eine Darstellung des Verbundbauteils 1, bei dem die Deckschicht 7 vom
Befestigungsteil 14 schon entfernt ist). Um zu verhindern,
daß PU-Schaum
in das Befestigungsteil 14 eindringt und das Innengewinde 15 zusetzt,
wird das Oberende des Befestigungsteils 14 vor dem Aufbringen
der Glasfasermatte abgedeckt, z. B. mit einem Klebstreifen abgeklebt.
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Die
sichere Festlegung des Einlegeteils 12 in der Distanzschicht 2 erfolgt
ebenfalls mittels PU-Verstärkungen,
z. B. mittels einer ringförmig
um das Oberende des Befestigungsteils 14 gebildeten PU-Verstärkung 18 sowie
mittels PU-Verstärkungen 19 am
Basisteil 13 sowie durch Polyurethan, das zwischen die
Unterseite des Basisteils 13 und die Tragschicht 17 gelangt
und dort eine Haftverbindung bildet. Eine wesentliche Abstützung und
Festlegung des Einlegeteils 12 erfolgt jedoch mittels der
oberen PU-Verstärkung 18,
die sich an der festen und starren Deckschicht 7 abstützt und
eine nach oben gerichtete, auf das Einlegeteil 12 eingeleitete
Zugkraft als Druckraft auf die umliegende Deckschicht 7 verteilt.
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Durch
verstärkte
Zuführung
von Polyurethan kann die gebildete Formhöhlung 16 weitgehend
oder vollständig
ausgeschäumt
werden (siehe 2), so daß diese PU-Verstärkung 20 eine
am Einlegeteil 12 angreifende Auszugskraft über eine
große
Fläche der
Deckschicht 7 abstützen
kann. Die höhere
Festigkeit der Festlegung ergibt sich auch hier durch die Druckbelastung
auf die PU-Verstärkung 20 und
die umliegende Deckschicht 7.
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3,
zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem in einer durch die Distanzschicht 2 durchgehenden
Formhöhlung 16 ein
Einlegeteil 12 eingesetzt ist, das ein mittleres Basisteil 21 und
davon beidseits abstehende Befestigungsteile 22 und 23 mit
Innengewinden aufweist. Die Formhöhlung 16 ist hier
beispielhaft mittels einer PU-Verstärkung 20 vollständig ausgeschäumt. Das
Basisteil 21 ist z. B. eine run de, rechteckige oder quadratische
Platte. In einer alternativen Gestaltung ist das Einlegeteil 12 eine
längliche
Platte oder Schiene, die in der Formhöhlung 16 vollständig umschlossen
und von den Deckschichten 7 und 8 beabstandet
eingebettet ist und bei Bedarf von außen angebohrt und mit einem
Bauteil verbunden wird.
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Bei
der Herstellung des Verbundbauteils 1 ist vorteilhaft,
daß die
Einlegeteile 12, die einfache genormte Teile sein können, in
die mittlere Distanzschicht 2 eingesetzt werden und über die
Außenflächen der
Distanzschicht in einer bevorzugten Gestaltung nicht hinausragen.
Damit können
einfache Formwerkzeuge verwendet werden, die keine speziellen Aufnahmen
für die
Einlegeteile z. B. im Oberwerkzeug benötigen, wie dies bei einem flächigen Verbundbauteil 1a erforderlich
ist (siehe 4), bei dem ein Einlegeteil 12a,
das in einer Aufnahme 30 in dem Oberwerkzeug 10a gehalten
ist, beim Schließen der
Werkzeughälften
gegen die obere Deckschicht 7a gedrückt wird und diese unter Verformung
in die Distanzschicht 2a einpreßt. Die Befestigung des Einlegeteils 12a erfolgt
hier im wesentlichen nur über eine
Adhäsionsverbindung
mittels des Polyurethans, die nur geringer Kräfte übertragen kann (siehe Beschreibungseinleitung).
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Bei
der Herstellung des Verbundbauteils 1 werden die Einlegeteile 12 in
die Formhöhlungen 16 eingesetzt
und bei Bedarf darin zwischenfixiert. Anschließend wird auf jeder der Außenflächen 5, 6 eine Glasfasermatte
angeordnet und daran vorläufig
fixiert, woraufhin Polyurethan auf die Glasfasermatten in der erforderlichen
Menge aufgespritzt wird, bis diese mit Polyurethan getränkt sind.
Dieser Verbund wird in das Formwerkzeug eingelegt und durch die sich
schließenden
Formhälften
in die endgültige Form
gebracht und verpreßt,
während
das Polyurethan aushärtet.
Zusätzlich
kann in eine der Werkzeughälften
eine Außenlage 24,
z. B. eine Folie oder ein Blech (siehe 3), eingelegt
werden, die auf einer der Decklagen befestigt wird. An dem fertig
verpreßten
und ausgehärteten
Verbundbauteil 1, das aus dem Formwerkzeug entnommen ist,
ist die jeweilige Position der Einlegeteile 12 durch das
Polyurethan sichtbar oder sie wird über Scha blonen bestimmt. Die
Oberseite oder Zugangsseite der Einlegeteile 12 wird dann
durch Ausschneiden der Deckschicht 7 freigelegt.
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Grundsätzlich kann
eine Vielzahl von Einlegeteilen in unterschiedlichen Varianten verwendet werden,
wie z. B. Einschlagmuttern, Drehteile mit Gewinden, Flachmaterialien
mit Gewindedomen oder Löchern
mit Gewinden, Muttern, Flachmaterialien, in die nachträglich Gewinde
geschnitten werden, Hohlprofile und dergleichen.
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Da
die Einlegeteile weitgehend oder vollständig eingebettet sind, sind
sie gegen Korrosion geschützt.
Insbesondere bei einer Gestaltung als längliches Profil oder Flachmaterial
sind die Einlegeteile im Inneren der Distanzschicht im wesentlichen
in der neutralen Faser angeordnet, so daß keine Verformungen aufgrund
von Erscheinungen ähnlich
Bimetallverformungen auftreten.
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Das
Verpressen der Formhöhlung
kann in einem Arbeitsgang mit dem Konturstanzen der Distanzschicht
vorgenommen werden.
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Das
Verbundbauteil kann auch als Kofferraumdeckel oder als sonstiges
flächiges
Fahrzeugaußenteil
gebildet sein.
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Die
Herstellung des Verbundbauteils kann grundsätzlich auch entsprechend dem
in der
EP 1 172 282
A2 für
ein Fahrzeugverbundbauteil offenbarten Verfahren erfolgen.
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- 1
- Verbundbauteil
- 2
- Distanzschicht
- 3
- Wabe
- 4
- Steg
- 5
- Außenfläche
- 6
- Außenfläche
- 7
- Deckschicht
- 8
- Deckschicht
- 9
- PU-Verstärkung
- 9'
- PU-Verstärkung
- 10
- Werkzeughälfte
- 11
- Werkzeughälfte
- 12
- Einlegeteil
- 13
- Basisteil
- 14
- Befestigungsteil
- 15
- Innengewinde
- 16
- Formhöhlung
- 17
- Tragschicht
- 18
- PU-Verstärkung
- 19
- PU-Verstärkung
- 20
- PU-Verstärkung
- 21
- Basisteil
- 22
- Befestigungsteil
- 23
- Befestigungsteil
- 24
- Außenlage
- 30
- Aufnahme