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Die
vorligende Erfindung betrifft ein Trennwand-Modul gemäss Oberbefriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Module finden ihre Verwendung im Fahrzeugbau und insbesondere bei
der Gestaltung von selbsttragenden Fahrzeugkarosserien. Diese selbsttragenden
Fahrzeugkarosserien weisen grundsätzlich eine Skelett- oder Gerippebauweise
auf, bei welcher ein Gerüst
aus miteinander verschweissten Profil- oder Rohrteilen (Rahmenteile)
mit einer nichttragenden Aussenbeplankung versehen ist. Daneben
ist auch eine Schalenbauweise bekannt, bei welcher die durch Sicken,
Rippen oder Spanten verstärkten
Aussenbleche (Karosseriebleche) als tragendes Gerüst dienen.
Diese Gerüste
werden traditionellerweise und wegen der erforderlichen Stabilität vorzugsweise
aus Stahl- oder Blechelementen aufgebaut. Um das Gewicht des Fahrzeugaufbaus
zu reduzieren haben sich in der modernen Fahrzeugindustrie Leichtbau-Konzepte,
insbesondere die Verwendung von „tailored blanks" und sogenannte „space-frame"-Konstruktionen (Raumfachwerk-Konstruktionen) durchgesetzt.
Der Aufbau eines Fahrzeug-Chassis, welches im wesentlichen aus Leichtmetall-Bauteilen
(Aluminium) aufgebaut ist, wird beispielsweise in der US-4,618,163
oder DE-198'33'395 beschrieben.
Die Gesamtstruktur derartiger Rohkarosserien haben vorgegebene Anforderungen
an die Gesamtsteifigkeit (insbesondere Biege- und Torsionssteifigkeit)
zu erfüllen.
Die EP-1'419'953 oder DE-197'44'664 betreffen Massnahmen
zur Verbesserung der Verwindungsfestigkeit resp. der Querversteifung
der Gesamtstruktur derartiger Rohkarosserien. Ein karosserieaussteifendes
Bauteil im Bereich des Kofferraums wird beispielsweise in der DE-100'36'399 beschrieben.
Neben der geforderten Gesamtfestigkeit haben diese Strukturen aber
auch eine besondere plastische Verformbarkeit aufzuweisen – um im
Crash-Fall einen möglichst
hohen Anteil kinetischer Energie absorbieren zu können. Die
geforderten Eigenschaften gelten insbesondere auch für die einzelnen
Strukturteile und für
Teilstrukturen von Einzelbauteilen, wie Türen, Motorraum- oder Kofferraumabdeckungen,
Heckklappen, Kotflügel, Seiten-
und Dachpartien, Mulden, etc. Ein derartiges Strukturbauteil aus
Aluminiumlegierung wird beispielsweise in der WO-00/52216 beschrieben.
Strukturteile werden in der Regel mit sogenannten Beplankungsteilen
aus Kunststoff oder Blech verbunden, um diese mit einer ansprechende
Aussenhaut zu ergänzen.
Innenseitig werden diese Strukturteile in der Regel mit einer Innenverkleidung
versehen.
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Vermehrt
werden heute auch Fahrzeugteile in Hybridbauweise hergestellt und
eingesetzt. So sind beispielsweise Kühlergitter für Lkw's bekannt, welche
aus einem Stahlblech und einem damit im Spritzguss verbundenen,
mit Glasfasern verstärkten Polyamid
gefertigt sind. Diese Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie führt wegen
der geringeren Dichte von Polyamid gegenüber Stahlblech zu Bauteilen
mit geringerem Gewicht, jedoch sind diese wegen der erforderlichen
Steifigkeit weiterhin mit einem metallischen Strukturteil ausgerüstet.
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Es
sind heute in der Automobilindustrie auch Einzelbauteile oder Module
(Türen,
Klappen, etc.) bekannt, welche ein Strukturteil aus Kunststoff (beispielsweise
GMT oder LFT) aufweisen, welches mit einem Kunststoff-Aussenteil
(beispielsweise ABS, zum Teil auch aus einem Blend mit Polycarbonat, PC/ABS-Blend)
verklebt (beispielsweise mit einem 2K PUR-Kleber) ist. Besonders
geeignet für
derart aufgebaute Einzelbauteile mit Aussenbeplankung sind Heck-
oder Rückwandtüren, Spoiler,
Kotflügel, Scheibenrahmen,
etc. Die Vorteile derartiger Einzelbauteile mit einem Kunststoff-Strukturteil
und Kunststoffbeplankung sind offensichtlich und insbesondere in
einer substantiellen Gewichtsersparnis (von ca. 20 %) gegenüber bisherigen
Einzelbauteilen mit metallischen Strukturteilen zu sehen. Ausserdem
lassen sich die erforderlichen Befestigungen für Schlösser, Scharniere, Zusatzelemente,
etc in einfacher Weise mit dem Kunststoff-Strukturteil verbinden.
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Leider
erweisen sich alle bisher bekannten Strukturteile als nicht besonders ästhetisch
und weisen sowohl haptisch als auch akustisch unbefriedigende Eigenschaften
auf. Diese Strukturteile können also
nicht als Sichtteile eingesetzt werden und müssen mit Innenverkleidungsteilen
ausgerüstet
werden. Sie werden deshalb nachträglich mit einer Dekorschicht
versehen, welche an die innenliegende Seite dieser Strukturteile
angeschraubt, angeklebt oder angeclipst werden. Ein derartig aufgebautes
Einzelbauteil wird beispielsweise in der DE-101'34'617
beschrieben.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kunststoff-Strukturteil,
insbesondere ein Trennwand-Modul zu schaffen, welche sich in besonderer
Weise für
die "spaceframe"-Technologie eignet, in
einfacher Weise gefertigt werden kann und ästhetisch, haptisch und akustisch
befriedigende Eigenschaften aufweist. Darüberhinaus soll dieses Trennwand-Modul
beim seitlichen Aufprall ein gutes Crash-Verhalten aufweisen, d.h.
insbesondere keine gefährlichen,
personenschädigenden
Bruchstücke bilden
und beim Aufschlag eine hohe Energieabsorption aufweisen. Zusammenfassend
ist es also Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein ästhetisch
ansprechendes, haptisch sowie akustisch befriedigendes und karosserieaussteifendes
Kunststoff-Strukturteil, und insbesondere ein Trennwand-Modul, mit
einem wirkungsvollem und personensicheres Crash-Verhalten zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Schaffung eines Trennwand-Moduls mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst,
und insbesondere durch ein mit einer Dekorschicht versehenes und
eine Trennwand bildendes Strukturteilmodul, welches nicht nachträglich zusammengebaut
werden muss. Dieses Strukturteilmodul zeichnet sich durch eine Kunststoffträgerschicht
mit den für
ein Strukturteil erforderlichen Funktionen aus, wobei diese Kunststoffträgerschicht mittels
Hinterpressen mit einer Dekorschicht, vorzugsweise mit Hilfe einer
Sperrschicht, verbunden ist. Diese Kunststoffträgerschicht, im folgenden auch Kunststoff-Strukturteil genannt,
ist vorzugsweise aus einem GMT (Glasfaserverstärkter Thermoplast) oder einem
LFT (Langfaserverstärkter
Thermoplast) gefertigt und weist alle Funktionen eines herkömmlichen
Strukturteils auf. Es versteht sich, dass die Trägerschicht auch ein auf Polyamid-Verbindungen
basierender Kunststoff sein kann. Als Dekorschicht eigenen sich
alle textilen oder textilartigen Materialien. Für die Sperrschicht kann beispielsweise
ein Trilaminat aus Thermoplast, PP-Folie und Faservlies verwendet
werden.
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Es
ist wesentlich für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erkennen, dass es sich bei dem erfindungsgemässen Modul
um ein hinterpresstes Strukturteil handelt, und nicht um ein hinterspritztes
oder spritzgeprägtes
Innenverkleidungsteil, wie es beispielsweise aus der EP-1'144'223 bekannt ist. Diese
hinterspritzten oder spritzgeprägten
Innenverkleidungsteile müssen
gegenüber
hinterpressten Strukturteilen mit einem wesentlich höheren Prozessdruck
und höheren
Temperaturen gefertigt werden. Die so erzeugten Verkleidungsteile,
d.h. Trägerteile
mit integriertem Dekor (für
Sitz-Rücklehnen, Sitzschalen,
etc.) weisen – wegen
der höheren
thermischen und mechanischen Belastung bei der Herstellung – grundsätzlich mechanische
Schwachstellen (Bereiche mit unterschiedlicher Materialspannung
und Elastizität)
und in exponierten Bereichen thermisch bedingte Materialschädigungen,
Zersetzungszonen, Versprödungen,
etc. auf. Insbesondere lässt
sich das Fliessverhalten des eingespritzten Kunststoffs innerhalb
des Formwerkzeuges nicht reproduzieren. Dies und anderes führt dazu,
dass diese Verkleidungsteile nicht als Strukturteile verwendbar sind.
Darüberhinaus
neigen die derart gefertigten Bauteile zu Faltenbildung im Dekor.
Sogenannte Durchschüsse
der Schmelze durch das Dekormaterial sind bei dieser Fertigungstechnik
mit hohem Forminnendruck und hoher Prozesstemperatur nicht oder
schwer zu verhindern. Diese bekannten Fertigungsverfahren führen regelmässig zu
sichtbaren Dekorschädigungen
und machen Nachbearbeitungsschritte erforderlich.
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Demgegenüber können mit
dem erfindungsgemäss
verwendeten Niederdruckverfahren eigenspannungsfreie und verzugsarme
Module hergestellt werden, welche sich zur Verwendung als Strukturteil-Module
eignen. Bei diesem Niederdruckverfahren wird mit einem Forminnendruck
von ca. 30 – 70 bar
gearbeitet (beim Hinterspritzverfahren wird in der Regel mit 100 – 700 bar
gearbeitet) und führt
diese Herstellungsweise darüberhinaus
zu einer äusserst geringen
Belastung des Dekors. Typische Prozesstemperaturen liegen beim Hinterpressen
in einem Bereich von 60 – 160 °C, während die
Prozesstemperaturen beim Hinterspritzen in einem Bereich von 160 – 220 °C liegen.
Darüberhinaus
treten beim Hinterspritzen lokale Druck- und Temperaturmaxima auf, während beim
Hinterpressen mit einer gleichmässigen
Druck- und Temperaturverteilung gearbeitet werden kann. Materialien,
welche sich zur Herstellung erfindungsgemässer Strukturteil-Module (Reserveradmulde
mit Dekor, Karosserie-Seitenteil, Trennwand, etc.) eignen, sind
vorzugsweise GMT und LFT. Der Fachmann wird aber auch auf Polyamid
basierende, faserverstärkte
Kunststoffe oder andere Kunststoffe mit hoher Festigkeit, insbesondere
glasfaser- oder naturfaserverstärkte
Kunststoffe in Betracht ziehen.
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Das
erfindungsgemässe
Trennwand-Modul umfasst also mindestens eine Trägerschicht mit den für ein Strukturteil
erforderlichen Eigenschaften und mindestens eine Dekorschicht, wobei
die Trägerschicht
eine Kunststoffträgerschicht
ist, welche mittels Hinterpressen mit der Dekorschicht verbunden ist.
Vorzugsweise ist die Kunststoffträgerschicht aus einem glasfaserverstärkten Thermoplast
(GMT) oder aus einem langfaserverstärkten Thermoplast (LFT) gefertigt.
Als Dekorschicht können
eine Teppichschicht, oder eine Velours-Schicht, oder eine bedruckte
Folie, oder eine TPO-Folie, oder eine PVC-Folie, oder eine Schicht
aus Kunstleder verwendet werden. Hilfsweise kann zwischen der Kunststoffträgerschicht
und der Dekorschicht eine Sperrschicht vorgesehen sein. Diese Sperrschicht
kann einlagig oder als Mehrschichtfolie aufgebaut sein. Als Mehrschichtfolie
eignet sich ein Aufbau mit mindestens einer thermoplastischen Schicht
und/oder einer Faservliesschicht und/oder einer geschäumten Schicht. In
einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Trennwand-Moduls ist die
Kunststoff-Trägerschicht beidseitig
mit einer Dekorschicht verbunden, insbesondere wenn dieses Trennwand-Modul
als beidseitig sichtbare Zwischenwand ausgebildet ist. Es versteht
sich, dass das erfindungsgemässe
Strukturteil-Modul an verschiedenen Orten im Fahrzeug verwendet
werden kann.
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Das
erfindungsgemässe
Strukturteil-Modul, insbesondere ein erfindungsgemäss aufgebautes Trennwand-Modul,
kann vom Fachmann in einfacher Weise mit weiteren Bauelementen versehen
werden. Insbesondere kann das Trennwand-Modul mit zusätzlichen Crash-tauglichen
Strukturen, mit Befestigungs-Strukturen für bspw. Dreipunkt-Sicherheisgurte,
mit Lüftungsschlitzen
oder mit Staufächern
für Armlehnen,
Kühlboxen,
etc. versehen werden. Das erfindungsgemässe Trennwand-Modul kann mit
integrierten Filmscharnieren versehen werden, um eine Montageeinheit
mit vormontierten seitlichen Verkleidungsteilen und/oder einem vormontierten
Ladeboden für
den Kofferraum zu schaffen. Es versteht sich, dass ein derartiges
Trennwand-Modul auch mit anderen Fahrzeugbauteilen (beispielsweise
Halterungen für
Werkzeuge, Pannendreieck, Skisack, Lautsprecher oder ähnliches)
ausgerüstet
sein kann. Es versteht sich, dass diese Dekorschicht bei dem erfindungsgemässen Strukturteil-Modul
auch nur partiell auf der Trägerschicht
aufgebracht sein kann.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe
der Figuren näher
erläutert
werden. Dabei zeigen:
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1: den Aufbau eines erfindungsgemässen Trennwand-Moduls;
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2: einen schematischen Querschnitt durch
ein erfindungsgemässes
Strukturteil-Modul;
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3: eine Weiterbildung des
erfindungsgemässen
Trennwand-Moduls mit vormontierter Ladebodenpartie und seitlicher
Verkleidung;
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4: eine Ausführungsform
des erfindungsgemässen
Trennwand-Moduls mit vormontiertem Ladeboden.
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1 zeigt die Verwendung des
erfindungsgemässen
Strukturteil-Moduls als Trennwand-Modul 1. Dieses Trennwand-Modul 1 ist
vorgesehen, um zwischen den Fahrgastraum und den Gepäck- oder Laderaum
eines Fahrzeugs eingesetzt zu werden. Dieses Trennwand-Modul 1 umfasst
mindestens eine erfindungsgemässe
Trennwand 3, welche aus einer Kunststoffträgerschicht 8 besteht,
welche mittels Hinterpressen vorzugsweise beidseitig mit einer Dekorschicht 9 verbunden
ist. Diese Kunststoffträgerschicht 8 ist
vorzugsweise aus einem langfaserverstärkten Thermoplast (LFT) gefertigt.
Die Steifigkeit dieser Kunststoffschicht 8 wird unabhängig von
der Faserlänge
im wesentlichen durch den Füllgrad
an Fasermaterial beeinflusst, während
für die
mechanische Festigkeit eine Faserlängenverteilung von 1–10mm wichtig
ist. Eine entscheidende Rolle für
das Crash-Verhalten (im wesentlichen die Schlagzähigkeit) spielen Fasern, die
deutlich länger
als 10mm sind, da diese bei erfindungsgemässer Applikation innerhalb
der Kunststoff-Martix ein 3–dimensionales Netzwerk
bilden, welches dem Bauteil die gewünschte Stabilität und Schlagzähigkeit
gibt. Die Langfaserverstärkung
bewirkt also einerseits eine Steifigkeitserhöhung (wie ein Skelett) und
andererseits eine Erhöhung
der Schlagzähigkeit,
d.h. der Absorptionsfähigkeit
von Schlagenergie (wie bei einem Heuhaufen). Die Ursache für die derart
erhöhte
Schlagzähigkeit
kann in der Erhöhung
des Energieaufwands für das
Lösen der
einzelnen Fasern von der Kunststoff-Matrix (debonding) und das Ausziehen
der Fasern aus dieser Matrix (pulling-out) gesehen werden. Darüberhinaus
verhindert die Dekorschicht 9 im Crash-Fall das Absplittern
von Bruchstücken
und die Gefahr von herumfliegenden Teilen. Der Fachmann wird aufgrund
dieser Erkenntnisse in einfacher Weise ein Strukturteil-Modul, insbesondere
ein Trennwand-Modul mit den erforderlichen physikalischen Eigenschaften
erstellen können.
Es versteht sich, dass der Fachmann nicht nur mineralische Fasern, sondern
auch Kunststofffasern, Keramikfaser oder natürliche Fasern für den Aufbau
des Strukturteil-Moduls
in Betracht ziehen wird.
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Als
langfaserverstärkte
Thermoplaste bezeichnet man eine Werkstoffgruppe mit einer Faserausgangslänge von
bis zu 50mm. Die Faserlänge dieser
Werkstoffgruppe liegt in einem Bereich, der zwischen den kurzfaserverstärkten Thermoplasten mit
einer Faserlänge
von 0.3mm und den mattenverstärkten
Composites liegt. Der Füllgrad
liegt bei diesen Werkstoffgruppen zwischen 15 bis 60 Gewichtsprozenten,
wobei Glasfasern mit einem Durchmesser von 10 – 15μm vorzugsweise verwendet werden.
In zunehmendem Masse werden auch Kohle- und Aramidfasern, oder Hanf-
und Sisalfasern verwendet. Als thermoplastisches Kunststoffmaterial
eignet sich Polypropylen oder Polyamid. Wesentlich für das Fertigen
des erfindungsgemässen
Strukturteil-Moduls 7 ist, dass das Material der Trägerschicht 8 bei
der Verarbeitung hinterpresst wird, um die Länge der langen Fasern und den
hohen Unordnungsgrad derselben nicht zu beeinträchtigen.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Trennwand-Moduls 1,
ist dieses mit einer rahmenförmigen
Verstärkungsstruktur 2 versehen.
Diese kann aus Kunststoff oder einem Metall bestehen und in das
Trennwand-Modul integriert sein. Es versteht sich, dass für die Befestigung
des Trennwand-Moduls an den Rohbau geeignete Befestigungselemente 4 für Schrauben,
Schweisspunkte, Klebflächen,
Clipse, etc. vorgesehen sind. Natürlich lassen sich die Ränder, die
Oberflächen
oder das Innenleben des Trennwand-Moduls beliebig gestalten, bspw.
mit Nuten für
Dichtungselemente, mit Antennen oder dergleichen versehen.
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In
einer besonderen Ausführungsform
des erfindungsgemässen
Trennwand-Moduls 1 weist dieses eine Öffnung 6 für zusätzliche
Bauteile auf, insbesondere für
eine integrierte Armlehne, ein Kühlfach,
einen Skisack oder dergleichen.
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Das
in 2 schematisch dargestellte
und erfindungsgemäss
aufgebaute Strukturteil-Modul 7 weist
fest mit einander verbundene Schichten auf. Insbesondere weist das
erfindungsgemässe
Strukturteil-Modul 7 eine Kunststoff-Trägerschicht 8 auf, welche
die für
ein Strukturteil erforderliche Festigkeit und die für ein Crashteil
erforderliche Schlagzähigkeit
hat, sowie eine damit fest verbundene Dekorschicht 9, welche
den gewünschten
haptischen und optischen Eigenschaften genügt. Erfindungsgemäss ist die
Kunststoff-Trägerschicht 8 mittels
Hinterpressen mit der Dekorschicht 9 verbunden. Diese Kunststoff-Trägerschicht 8 ist
vorzugsweise aus einem mit Langfasern verstärkten Thermoplast (LFT) gefertigt, kann
aber auch einen mit Glasfasern verstärkten Thermoplast (GMT) umfassen.
Es versteht sich, dass vom Fachmann auch andere Kunststoffe (beispielsweise
auf Polyamid-Basis) mit den gewünschten
Eigenschaften verwendet werden können.
Hilfsweise kann zwischen die Dekorschicht 9 und die Kunststoff-Trägerschicht 8 (Strukturteil)
eine Sperrschicht 10 eingesetzt sein. Diese Sperrschicht 10 kann
mehrschichtig ausgebildet sein und nach akustischen Gesichtspunkten
ausgelegt werden. Je nach Anwendung kann das erfindungsgemässe Strukturteil-Modul
nur auf einer Seite (Sichtseite) mit einer Dekorschicht 9 versehen
sein oder beidseitig mit einer solchen verbunden sein. In speziellen
Anwendungen kann diese Dekorschicht 9 Aussparungen aufweisen, d.h.
nur partiell mit der Kunststoff-Trägerschicht 8 verbunden
sein. In jedem Fall sind die Kunststoff-Trägerschicht 8 und die
Dekorschicht 9 mittels Hinterpressen mit einander verbunden.
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3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemässen Trennwand-Moduls 1. So
kann dieses über
Filmscharniere mit einer Ladebodenpartie 11 verbunden sein,
wobei an dieser Ladebodenpartie 11 wiederum seitlichen
Verkleidungsteile 12a, 12b in geeigneter Weise
schwenkbar vormontiert oder nachträglich ansteckbar sind. Diese seitlichen
Verkleidungsteile 12a, 12b weisen in der hier
dargestellten Ausführungsform
Rastelemente auf, mit deren Hilfe diese an komplementären Rastelementen,
bspw. Verbindungsnuten 13 des Trennwandwand-Moduls 1 befestigt
werden können.
Das in diesen 4, 5 dargestellte
Trennwand-Modul ist mit einer Öffnung 14 für einen
Skisack oder ein Kühlfach
versehen. Der Vollständigkeit
halber wird in diesen Figuren noch deutlich gemacht, dass es durchaus
im Bereich des fachmännischen
Handelns liegt, die hier erwähnte
Ladebodenpartie 11 über
Filmscharniere 15 oder Steckverbindungselemente 16 mit
weiteren Strukturteil-Modulen, insbesondere eine Reserveradmulde 17 zu
verbinden. Es versteht sich, dass diese Reserveradmulde 17 in
analoger Weise aufgebaut sein kann und ebenfalls mit Seitenverkleidungsteilen 12a, 12b oder 12c verbindbar ist.
Diese Reserveradmulde 17 kann mit Verzurrösen, mit
Ablageöffnungen 19 oder
einer Verrippung 20 für
den Höhenausgleich
versehen sein. Es versteht sich, dass eine derartige Reserveradmulde 17 mit
einer Abdeckung 21 und einer Matte 22, insbesondere
einer Wendematte mit oder ohne Trägerplatte komplettierbar ist.
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Die
Vorteile des erfindungsgemässen
Trennwand-Moduls sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und sind
insbesondere in der Schaffung eines versteifenden und Crashtauglichen
Kunststoff-Strukturteils mit integriertem Dekor zu sehen. Die erfindungsgemässe Verbindung
eines Kunststoff-Strukturteils mit einer Dekorschicht mittels Hinterpressen
erlaubt die Fertigung von Trennwand-Modulen aus Kunststoff mit einem
ansprechendem Aussehen, mit angenehmen haptischen Eigenschaften und
einem verbesserten akustischen Verhalten. Darüber hinaus führt das
erfindungsgemäss
aufgebaute Trennwand-Modul zu einer Vereinfachung der Montage (Kostensenkung),
erlaubt es, das Gesamtgewicht der Fahrzeugstruktur zu reduzieren
und führt
zu einer Erhöhung
der Sicherheit im Crash-Fall bei seitlichem Aufprall. Ferner zeigt
es sich, dass mit diesem Trennwand-Modul die Biege- und Torsionsschwinungsresonanzen
der gesamten Rohkarosserie in akustisch vorteilhafter Weise beeinflusst
werden können.
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Weitere
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemässen Trennwand-Moduls liegen im
Bereich des normalen fachmännischen
Könnens
und Handelns. Insbesondere lässt
sich ein derartiges Trennwand-Modul auch zwischen Motorraum und
Fahrgastraum, sowie zwischen Kraftstoffbehälter und Fahrgastraum, oder
im Dachbereich verwenden.