DE19625786B4

DE19625786B4 - Seitenverkleidung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19625786B4
Application number: DE19625786A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Alex; Helmut Dipl.-Ing. Walter; Hartmut Dipl.-Ing. Henkelmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1995-07-08
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: DE19625786A1

Abstract

Seitenverkleidung für ein Kraftfahrzeug aus faserverstärktem Kunststoff, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau:
sie ist aus einem ein- oder mehrlagigen Rohling (2) oder Halbzeug gefertigt, der/das Verstärkungsfasern und Kunststoffasern enthält;
1.1 die Verstärkungsfasern liegen im Rohling/Halbzeug gefaltet, gewellt und/oder gekräuselt vor und sind bei einer Verformung des Rohlings/Halbzeugs verstreckbar;
1.2 die Kunststofffasern sind dehnbar oder auch verstreckbar sowie aufschmelzbar und beim Abkühlen um die Verstärkungsfasern herum matrixbildend;
1.3. wobei das Fasermaterial flächig ungleichmäßig verteilt ist, indem die Seiten verkleidung zumindest in etwa horizontal verlaufende Verstärkungsbereiche (3, 4, 5), in denen festere Verstärkungsfasern vorliegen und/oder Verstärkungsfasern eine höhere Raumdichte einnehmen und/oder die Verstärkungsfasern eine Verdickung der Türverkleidung bilden, enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenverkleidung aus faserverstärktem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug. Aus der DE 40 42 063 A1 und der EP 03 69 395 A2 sind faserverstärkte Flächengebilde bekannt, die dreidimensional verformbar und im verformten Zustand durch Aufschmelzen und Abkühlen der in den Flächengebilden vorhandenen thermoplastischen Fasern fixierbar sind. Aus solchem Halbzeug lassen sich verhältnismäßig schnell und mit nur geringem Aufwand faserverstärkte Formkörper herstellen, wobei das Halbzeug als Stoffbahn, aus der dann einzelne Rohlinge herausgetrennt werden, ausgebildet sein kann. Aus dem Halbzeug bzw. den Rohlingen lassen sich beispielsweise Ummantelungen für Behälter bilden, die eine Sicherheit gegen Aufplatzen bei gewaltsamer Deformation verleihen sollen.
Aus DE 36 16 791 A1 DE 47 47 910 A1 und der CH-PS 47 86 50 sind Verfahren bekannt zur Herstellung von Stäben, Stangen oder Rohren aus faserverstärktem Kunststoff. Diese Herstellung erfolgt durch Aufziehen eines Schlauches aus Verstärkungsfasern auf einen Kern, Tränken der Verstärkungsfasern mit einem Harz und Aushärten des Harzes.
All diesen Gegenständen ist gemeinsam, dass sie verhältnismäßig einfache Geometrien haben. Zur Herstellung aufwendiger Körper wird das faserverstärkte Kunststoffteil in der Regel auf einen Kern maßgeschneidert.
DE 42 05 464 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Innen-Ausstattungsteils für Fahrzeuge und solcherart hergestelltes Ausstattungsteil, das bei ausschließlicher Verwendung von Polyesterfasern eine hohe Wärmestandfestigkeit zeigt. Aus DE 42 18 860 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Flächengebilden mit hohem Umformvermögen bekannt, wobei Fadenkonstruktionen mit hoher innerer Fadenreserve verwendet werden, indem diese schlaufenförmig angeordnet sind und so eine Verstreckbarkeit während einer Umformung gestatten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine einfache Fertigung einer Seitenverkleidung aus faserverstärktem Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, die funktionelle Verstärkungen enthalten soll.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Seitenverkleidung gelöst mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Seitenverkleidung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Türseitenverkleidung, wird aus einem textilen Halbzeug oder einem hiervon abgetrennten Roh ling (der Rohling kann auch als Einzelstück gefertigt sein), insbesondere einer textilen Fläche oder einem textilen Strumpf, hergestellt, die aus einem Fasermaterial hergestellt sind, das in dem Halbzeug oder Rohling flächig ungleichmäßig verteilt ist. Diese ungleichmäßige Verteilung ist derart gestaltet, daß nach einer Umformung des Halbzeugs/Rohlings in die Gestalt der Seitenverkleidung das Fasermaterial entsprechend einem Belastungsprofil der Seitenverkleidung, insbesondere bei einem Seitencrash, liegt. Der Umformungsgrad (Tiefziehgrad) beträgt an einer Stelle vorteilhaft mindestens 30% und insbesondere mindestens 40%. In dieser Form wird das umgeformte Halbzeug/Rohling konsolidiert, d. h., sein Kunststoffanteil wird zur Bildung einer Matrix aufgeschmolzen und wieder verfestigt. Durch die Verwendung des flächig, ungleichmäßig aufgebauten Halbzeugs/Rohlings und das Umformen unter Veränderung der Ungleichverteilung in diesem wird erreicht, daß der konsolidierte Körper eine derart verteilte Faserverstärkung aufweist, daß diese den bei einer bestimmungsgemäßen Benutzung des Körpers oder bei einem Seitencrash in diesem auftretenden Beanspruchungen, verursacht durch mechanische Belastungen, angepaßt ist. Hierdurch wird eine Optimierung der Festigkeit des Körpers erreicht, da dieser in seinen höherbelasteten Bereichen entsprechend verstärkt ist.
Das textile Halbzeug kann als Endlosstück hergestellt sein, von dem dann einzelne Abschnitte (Rohlinge) abgetrennt werden. Aufgebaut ist das Halbzeug/Rohling vorteilhaft aus thermoplastischen Matrixfasern und vorwiegend als Verstärkung und/oder Versteifung wirkenden Fasern, die miteinander verwebt oder verflochten sein können. D. h., die Matrixfasern und Verstärkungsfasern können nebeneinander zu dem Halbzeug/Rohling verarbeitet sein oder aber auch, besonders vorteilhaft, vor der Verarbeitung zu dem Halbzeug/Rohling zu einem sogenannten Hybridgarn verarbeitet sein, aus dem dann das Halbzeug/Rohling ggf. unter Verwendung weiterer Fasern hergestellt wird. Das Halbzeug/Rohling ist derart gestaltet, daß durch eine Überlänge von bei der Verarbeitung nicht schmelzenden Verstärkungsfasern im Vergleich zu den schmelzbaren Matrixfasern die Umformbarkeit, Tiefziehfähigkeit und Drapierbarkeit der thermoplastischen Matrixfasern im Verarbeitungsprozeß nicht signifikant eingeschränkt wird, da im wesentlichen nur die Matrixfasern plastisch verformbar bzw. verstreckbar sind, die Verstärkungsfasern dagegen nur ausgerichtet und gestreckt werden. Die Konfektionierung jeder einzelnen Lage des Halbzeugs/Rohlings erlaubt es, Faseranteile, Fasertiter, Fasermaterialien Kette/Schuß-Verhältnisse gezielt örtlich zu variieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, pulvrige Zusätze sowie Partikel und Kurzfasern in das Halbzeug/Rohling einzubringen.
Die Herstellung des Bauteils kann ein- oder mehrlagig erfolgen, wobei bei der Verwendung mehrerer Lagen gezielt weitere Verstärkungen in den Körper eingebracht werden können. Die Konsolidierung des umgeformten Halbzeugs/Rohlings erfolgt vorteilhaft unter dem Ein fluß von Wärme und Druck in einem Werkzeug, wobei die Verstärkungsfasern und/oder die Matrixfasern als Roving, Garn oder Zwirn allein und/oder zusammengefaßt bzw. vermischt vorliegen. Zur Kennzeichnung bzw. Beeinflussung von physikalischen Eigenschaften, insbesondere der Duktilität und Zähigkeit können die Fasern in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen (bezogen auf die Seitenverkleidung) mit unterschiedlicher flächiger Verteilung eingebracht sein. Zur Umformung des Halbzeugs/Rohlings vor der Konsolidierung bietet sich insbesondere das Tiefziehen an. Bei der Vorkonfektionierung des Halbzeugs werden auf die Geometrie und das Anforderungsprofil des Fertigteils abgestimmte, vorzugsweise örtlich verschiedene Fasermaterialien zur Verstärkung/als Matrix eingesetzt, wobei Fasertiter und/oder Kette-Schuß-Anteile variiert werden können, um so im konsolidierten Bauteil gezielte Faserrichtungswinkel, Faservolumenanteile und damit die physikalischen Eigenschaften einzustellen. Es ist unter anderem möglich, Bereiche mit konstanter Wandstärke und lokal veränderlichen Verstärkungsfaservolumenanteilen, respektive physikalischen Eigenschaften, ebenso wie Bereiche mit lokal veränderlichen Wandstärken und konstanten Faservolumenanteilen/physikalischen Eigenschaften zu realisieren. Bei der Herstellung des Körpers können Aussparungen, Bohrungen, Durchbrüche, z. B. für Griffe, Ablagen, Montageöffnungen, ohne Durchtrennen von verstärkenden Fasern z. B. durch Aufweiten von Faserabständen mit und ohne Trennung von Matrixfasern beim Einlegen in die Form im nicht konsolidierten Zustand durch eine geeignete Werkzeuggestaltung realisiert werden. Durch ein Verschieben der Faserabstände wird hierbei gleichzeitig erreicht, daß sich eine dem Kraftfluß angepaßte Verstärkungsfaserorientierung ergibt. Gleichzeitig können mit der Konsolidierung weitere Elemente mit dem Bauteil verbunden werden, wie z. B. ein Seitenpadding (weiches Verformungselement).
Als Matrixmaterial eignen sich insbesondere Kunststoffasern, vorzugsweise aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder auch andere Thermoplaste, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als das Verstärkungsfasermaterial. In dem Halbzeug liegt das Matrixmaterial derart in fester Form vor, daß ein Kaltumformen, z. B. Drapieren, möglich ist, wobei eine vorhandene Gestaltfestigkeit die Aufnahme von Kräften ermöglicht.
Als Verstärkungsfasern kommen Fasern zum Einsatz, die bei der Verarbeitung des Halbzeugs zum Verbundbauteil im wesentlichen nur gestreckt werden und hierbei im wesentlichen keine Veränderung ihres Querschnitts erfahren. Als Verstärkungsfasern eignen sich die üblicherweise in Kunststoffverbundbauteilen verwendeten Verstärkungsfasern, die aus organischem oder anorganischem Material sein können. Für organisches Material kommen insbesondere hochfeste Polymere zur Anwendung, wie beispielsweise Polyester, Aramid und ggf. auch andere, vorzugsweise hochschmelzende Kunststoffe wie Polysulfone oder auch Polypropylen. Als anorganische Fasern kommen insbesondere zur Anwendung Glas fasern, Kohlenstoffasern (Carbonfasern), Keramikfasern oder auch Metallfasern. Von besonderem Vorteil in der vorliegenden Erfindung sind die horizontal verlaufenden Verstärkungsbereiche, in denen festere Verstärkungsfasern und/oder mehr Verstärkungsfasern (bei gleicher oder höherer Dichte) als in den hierzu benachbarten Flächen der Seitenverkleidung vorliegen. Mindestens einer dieser horizontalen Verstärkungsbereiche ist hochfest ausgelegt, so daß er im Falle eines Seitencrashs eine Schutzfunktion gegen das seitliche Eindringen des crashenden Körpers in das Kraftfahrzeug bildet. Diese Seitenverkleidung ist nicht nur ein tragendes Montagemodul mit vielseitigen Integrationsmöglichkeiten mit geringem Gewicht, sondern ersetzt vorzugsweise auch Teile des Türinnenblechs bei gleichem oder gar verbesserten Seitenaufprallschutz.
Vorzugsweise sind in die Seitenverkleidung noch ein oder mehrere diagonale und/oder vertikale Verstärkungsbereiche sowie ggf. auch kleinere flächige Verstärkungsbereiche eingearbeitet, die zur Erhöhung der Steifigkeit und ggf. auch zur Aufnahme von in der Tür zu verbauenden Elementen dienen. Insbesondere werden randständige vertikale Verstärkungsbereiche vorgesehen, die die bei einem Seitencrash auf den oder die horizontalen Verstärkungsbereiche einwirkenden Kräfte aufnehmen und – durch ihre Befestigung am Türblech – in dieses einleiten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher beschrieben.
Die Figur zeigt eine Türseitenverkleidung.
Eine Türseitenverkleidung 1 für ein Kraftfahrzeug ist hergestellt aus einem textilen flächigen Rohling 2, der einen unteren 3 einen mittleren 4 und einen oberen 5 Verstärkungsbereich aufweist. Der mittlere Verstärkungsbereich 4 ist besonders steif ausgebildet, so daß er bei einer entsprechenden Befestigung durch Öffnungen 6 und 7 im Türblech der Verstärkung im Falle eines Seitencrashs dient. Geeignete Verstärkungsfasern sind hierfür insbesondere Kohlefasern und Aramidfasern. Erhöht wird die Steifigkeit noch durch diagonale 8 und vertikale 9 Verstärkungsbereiche, die ebenfalls über Öffnungen 10 mit dem Türblech verbindbar sind.
Der textile Rohling 2 wird durch Tiefziehen unter Wärme- und Druckeinwirkung konsolidiert, wobei Vertiefungen 11 und 12 eingeformt werden, die der Anpassung an eine Armaturentafel (11) und zur Bildung einer Ablage (12) dienen. Durch die Verwendung von gefalteten, gewellten und/oder gekräuselten Verstärkungsfasern, insbesondere in Form einer Hybridfaser, im Rohling (bzw. dem Halbzeug, aus dem der Rohling herausgetrennt werden kann), wird erreicht, daß das Tiefziehen ohne Verlust an Festigkeit der Verstärkungsfaser möglich ist. Darüber hinaus wird erst durch das Tiefziehen (die Formgebung) die gewünschte optimierte Lage der Verstärkungsfasern im Fertigteil erhalten.
Aufgrund der hohen Steifigkeit der Verkleidung 1 kann diese noch weitere Elemente wie einen Türöffner 12, einen Griff 13 und eine Armablage 14 sowie (nicht dargestellt) einen Fensterheber (auch elektrisch), das Türschloß sowie Paddingteile enthalten. Insbesondere letztere lassen sich vorteilhaft mit der Verkleidung 1, besonders günstig bereits im Konsolidierungsprozeß, verbinden, wodurch ein wesentlich einfacherer Einbau ins Kraftfahrzeug möglich wird.

Claims

Seitenverkleidung für ein Kraftfahrzeug aus faserverstärktem Kunststoff, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau: sie ist aus einem ein- oder mehrlagigen Rohling (2) oder Halbzeug gefertigt, der/das Verstärkungsfasern und Kunststoffasern enthält; 1.1 die Verstärkungsfasern liegen im Rohling/Halbzeug gefaltet, gewellt und/oder gekräuselt vor und sind bei einer Verformung des Rohlings/Halbzeugs verstreckbar; 1.2 die Kunststofffasern sind dehnbar oder auch verstreckbar sowie aufschmelzbar und beim Abkühlen um die Verstärkungsfasern herum matrixbildend; 1.3. wobei das Fasermaterial flächig ungleichmäßig verteilt ist, indem die Seiten verkleidung zumindest in etwa horizontal verlaufende Verstärkungsbereiche (3, 4, 5), in denen festere Verstärkungsfasern vorliegen und/oder Verstärkungsfasern eine höhere Raumdichte einnehmen und/oder die Verstärkungsfasern eine Verdickung der Türverkleidung bilden, enthält.
Seitenverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der horizontal verlaufenden Verstärkungsbereiche beabstandet (4) zu den horizontalen Rändern der Seitenverkleidung (1) verläuft.
Seitenverkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere diagonale (8) und/oder vertikale (9) Verstärkungsbereiche, in denen festere Verstärkungsfasern vorliegen und/oder die Verstärkungsfasern eine höhere Raumdichte einnehmen und/oder die Verstärkungsfasern eine Verdickung der Seitenverkleidung bilden, in der Seitenverkleidung (1) vorgesehen sind.
Seitenverkleidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vertikal verlaufende Verstärkungsbereiche randständig mit Befestigungsmitteln (7, 10) ausgebildet sind.
Seitenverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Hybridfasern gefertigt ist.
Seitenverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Seitenpadding verbunden ist.
Seitenverkleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenpadding bei dem Aufschmelzen und Abkühlen, insbesondere durch Einlegen in den Rohling/das Halbzeug, mit der Seitenverkleidung verbunden ist.