DE19944475A1

DE19944475A1 - Bauteil für Sicherheitsfahrzeuge

Info

Publication number: DE19944475A1
Application number: DE19944475A
Authority: DE
Inventors: Peter Walter; Richard Hahnekamp; Gebhard Bitterhof
Original assignee: Magna Eybl GmbH
Current assignee: Magna Eybl GmbH
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2000-04-27
Also published as: AT407088B; ATA156598A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil für Sicherheitsfahrzeuge, mit mehreren Schichten (5) eines hochfesten Fasermaterials. Eine verbesserte Durchschußsicherheit wird dadurch erreicht, daß die Schichten (5) des Fasermaterials zwischen zwei steifen Schalen (30, 40) angeordnet sind, die im Randbereich (3a, 4a) miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bauteil für Sicherheitsfahrzeuge mit mehreren Schichten eines hochfesten Fasermaterials. Sicherheitsfahrzeuge, die zum Schutz gefährdeter Personen vorgesehen sind, müssen bestimmte Anforderungen bezüglich der Schußfestigkeit erfüllen. Dabei soll jedoch das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeuges möglichst wenig verändert werden, und es soll das erforderliche Sicherheitsniveau mit möglichst geringem Gewicht zu vertretbaren Kosten realisiert werden.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist es bekannt, die Innenverkleidungen des betreffenden Kraftfahrzeuges so auszuführen, daß die erforderliche Schußsicherheit gegeben ist. Dabei werden einige Lagen eines hochfesten Gewebes aus Aramidfasern, wie etwa Kevlar, zu einem kompakten schalenförmigen Körper verpreßt, der die Form der betreffenden Innenverkleidung aufweist. Das dazu vorgesehene Gewebe wird als sogenanntes Prepreg- Gewebe eingesetzt, das bereits unmittelbar nach der Herstellung im Zuge eines weiteren Produktionsschrittes mit einem Kunstharz vorimprägniert wird. Solche Gewebe sind sehr kostspielig und nur aufwendig handhabbar. So sind sie nur eine relativ kurze Zeitspanne lagerbar, wobei eine durchgängige Kühlung erforderlich ist, um ein vorzeitiges Aushärten der Imprägnierung zu verhindern. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Bauteile ist, daß die Energieabsorption durch die innige Verbindung der einzelnen Schichten des Gewebes nicht zufriedenstellend ist. Daher ist für eine vorgegebene Durchschlagsicherheit eine große Anzahl von Schichten erforderlich. Ein mehrschichtiger Aufbau dieser Art wird beispielsweise in der US-A 5,132,167 beschrieben.

Aus der US-A 5,531,500 ist eine kugelsichere Verkleidung für Kraftfährzeuge bekannt, die aus einer Schale besteht, die an der Innenseite eines Blechteils der Fahrzeugkarosserie zu be festigen ist. Zwischen dem Blechteil und der Schale wird dabei eine Tasche gebildet, in der mehrere Lagen eines schußsicheren Gewebes eingelegt sind. Um den Einbau einer solchen Verkleidung mit einem vernünftigen Aufwand zu ermöglichen, müssen auch für eine solche Lösung vorimprägnierte Gewebe verwendet werden. Erst damit wird ein einziger kompakter Bauteil erreicht, der in der Massenproduktion entsprechend einsetzbar ist. Damit treten jedoch die oben beschriebenen Nachteile auf. Außerdem ist die Anbringung dieser Bauteile an der Fahrzeugkarosserie schwierig, wobei insbesonders das Problem auftritt, daß im Randbereich eine verringerte Durchschußsicherheit gegeben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bauteil zu schaffen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist, der eine hohe Sicherheit bei geringem Gewicht aufweist und der auch leicht im üblichen Fertigungsablauf in ein Kraftfahrzeug einbaubar ist.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch einen Bauteil gelöst, bei dem die Schichten des Fasermaterials zwischen zwei steifen Schalen angeordnet sind, die im Randbereich miteinander verbunden sind. Dieser Aufbau ermöglicht es, einen ballistisch optimalen Aufbau der Fasermaterial-Schichten zu verwirklichen, ohne die übrigen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Die Durchschlagfestigkeit des Bauteils hängt nämlich direkt mit der Fä higkeit des Bauteils zusammen, die Energie des eindringenden Geschosses aufzunehmen und zu dissipieren. Da die Zugfestigkeit der Fasern durch das Material im wesentlichen vorgegeben ist, kann die Energieaufnahme nur durch die Verbesserung des Verfor mungsverhaltens vergrößert werden. Da die einzelnen Schichten im wesentlichen lose innerhalb der steifen Schalen angeordnet sind, werden sehr gute Verformungswerte erreicht. Die steifen Schalen behindern aufgrund ihrer geringeren Festigkeit und Zähigkeit diese Verformung nicht. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Lösung, daß der erfindungsgemäße Bauteil in der Handhabung und beim Einbau im wesentlichen wie eine Serienverkleidung behandelt werden kann. Lediglich die Befestigungspunkte an der Fahrzeugkarosserie müssen entsprechend verstärkt werden.

Eine optimale Verformbarkeit und damit Energieaufnahme wird erreicht, wenn die Schichten des Fasermaterials über den Großteil ihrer Fläche frei an den Schalen anliegen. Es kann aber auch eine gewisse Verbindung der beiden äußersten Schichten mit den Schalen zugelassen werden, um eine verbesserte Positionierung des Fasermaterials in den Schalen zu erreichen. Eine solche Verbindung kann auch über eine Vliesschicht erfolgen. Insbesonders ist es vorteilhaft, wenn das Fasermaterial aus einem unimprägnierten Gewebe oder Gelege besteht. Von einem Gewebe wird dann gesprochen, wenn ein flächiges Gebilde aus Schuß und Kettfäden besteht und bei dem die Schußfäden teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der Kettfäden liegen. Von einem Gelege wird dann gesprochen, wenn die Schußfäden stets auf einer Seite der Kettfäden angeordnet sind und der Zusammenhalt des Gebildes durch andere Maßnahmen, wie beispielsweise Vernähen, gewährleistet ist. Die Tatsache, daß das Fasermaterial nicht imprägniert ist, bringt mehrere Vorteile mit sich. So ist das Aus gangsmaterial kostengünstiger und der gesamte Bearbeitungsvorgang ist wesentlich vereinfacht, da ein solches Gewebe oder Gelege nicht gekühlt gelagert werden muß. Auch ist die Lagerfähigkeit zeitlich praktisch unbeschränkt. Weiters hat sich als besonderer Vorteil herausgestellt, daß ein mehrlagiger Aufbau aus unimprägniertem Gewebe ceteris paribus eine deutlich höhere Schußfestigkeit aufweist als ein kompaktierter Körper aus imprägniertem Gewebe. Im Sinne der Erfindung kann auch ein einzelner Faserkörper zwischen den Schalen angeordnet sein, der beispielsweise als Gelege mit einer Vielzahl Schichten mit längs- und querlaufenden Fäden ausgebildet ist. In diesem Fall sind die Schichten innerhalb des Geleges selbst ausgebildet.

Um die Verarbeitung zu vereinfachen kann vorgesehen sein, daß die Schichten des Fasermaterials untereinander durch Verbindungen geringer Festigkeit verbunden sind. Diese Verbindungen können durch Vernähen oder punktförmiges Verkleben hergestellt sein. Wesentlich ist, daß die einzelnen Schichten bei der Verarbeitung nicht auseinander fallen, die Verbindungen jedoch so schwach sind, daß sich das Material beim Auftreffen eines Geschoßes wie unverbundenes Material verhält.

In einer besonders begünstigten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schalen aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sind und an ihrem Rand miteinander verpreßt sind. Auf diese Weise ist ein kompakter Bauteil erhältlich, der sich wie ein herkömmlicher Verkleidungsbauteil behandeln läßt. Dabei kann an der Außenseite der Schale auch eine Dekorschicht vorgesehen sein. Eine solche Dekorschicht kann entweder nachträglich aufkaschiert werden oder bereits beim Preßvorgang in die Form eingelegt werden.

Weiters betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für Sicherheitsfahrzeuge, bei dem in einer aus Formhälften bestehenden Form zwischen zwei Rohlinge aus einem thermoplastischen Kunststoff mehrere Schichten eines hochfesten Fasermaterials eingelegt werden, wonach die Formhälften unter Druck geschlossen werden, um die Rohlinge zu Schalen zu formen, die im Randbereich miteinander verbunden sind. Bei sogenannten Hinterpreßverfähren wird ein mehrschichtiger Bauteil erzeugt, indem eine Dekorschicht in eine Formhälfte eingelegt wird und an bestimmten Stellen ein Rohling aus einem thermoplastischen Kunststoff aufgelegt wird. Durch Anwendung von Druck wird die zweite Formhälfte aufgepreßt, um den Rohling zu verformen, so daß die gewünschte dreidimensionale Form erreicht wird. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von diesem bekannten Verfahren dadurch, daß Schichten aus einem Fasermaterial vollständig oder nahezu vollständig vom Preßgut eingeschlossen sind. Wie oben bereits beschrieben, kann gegebenenfalls auch eine Dekorschicht vorgesehen sein.

In der Folge wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die Fig. 1 eine Formenanordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Bauteil.

Die Fig. 1 zeigt eine Formungsvorrichtung bestehend aus; einer unteren Formhälfte 1 und einer oberen Formhälfte 2. In die untere Formhälfte 1 wird ein erster plastifizierter Rohling 3 aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoffmaterial eingelegt. Darüber ist ein zweiter Rohling 4 aus dem gleichen Material angeordnet. Zwischen die Rohlinge 3 und 4 wird ein Paket bestehend aus mehreren Schichten 5 eines Gewebes aus einem Fasermaterial höchster Festigkeit, wie etwa Kevlar, eingelegt. Zwischen einer Formhälfte 1 und einem Rohling 3 ist eine Dekorschicht 6 eingelegt, die sich durch das Verpressen fest mit der daraus gebildeten Schale 30 verbindet. Durch das Schließen der Formhälften 1 und 2 mit einem vorbestimmten Druck bei Anwendung der erforderlichen Temperatur wird ein schalenförmiger Bauteil erzeugt, dessen Kontur der der Formhälften 1 und 2 entspricht. An den Randbereichen 3a bzw. 4a verbinden sich die aus den Rohlingen 3, 4 gebildeten Schalen 30, 40 fest miteinander. Die Schichten 5 des Fasermaterialgewebes bleiben jedoch untereinander im wesentlichen unverbunden und verbinden sich auch nicht mit den Schalen 30 und 40.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit geringem Aufwand einen Bauteil höchster Schußsicherheit herzustellen.

Claims

1. Bauteil für Sicherheitsfahrzeuge, mit mehreren Schichten (5) eines hochfesten Fasermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5) des Fasermaterials zwischen zwei steifen Schalen (30, 40) angeordnet sind, die im Randbereich (3a, 4a) miteinander verbunden sind.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5) des Fasermaterials über den Großteil ihrer Fläche im wesentlichen frei an den Schalen (30, 40) anliegen.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aus einem unimprägnierten Gewebe oder Gelege besteht.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5) des Fasermaterials untereinander durch Verbindungen geringer Festigkeit verbunden sind.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (30, 40) aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sind und an ihrem Rand miteinander verpreßt sind.

6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schalen (30, 40) an der Außenseite eine Dekorschicht (6) trägt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für Sicherheitsfahrzeuge, bei dem in einer aus Formhälften (1, 2) bestehenden Form zwischen zwei Rohlinge (3, 4) aus einem thermo plastischen Kunststoff mehrere Schichten (5) eines hochfesten Fasermaterials eingelegt werden, wonach die Formhälften (1, 2) unter Druck geschlossen werden, um die Roh linge (3, 4) zu Schalen (30, 40) zu formen, die im Randbereich (3a, 4a) miteinander verbunden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Formhälfte (1, 2) und einem Rohling (3, 4) eine Dekorschicht eingelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5) des Fasermaterials vor dem Einlegen in die Form untereinander lose verbunden werden, und zwar vorzugsweise durch Vernähen oder punktförmiges Verkleben.