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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für eine Fahrzeugkarosserie.
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Ein
derartiges Verbundbauteil ist beispielsweise aus der
DE 199 46 008 B4 bekannt
und umfasst eine Scheibe aus thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung
eines Außenhautbereichs
der Fahrzeugkarosserie und eine der Innenseite aufgeschäumte Kunststoffschicht
(z. B. PUR-Schaum bestehend aus einem Polyol und einem Isocyanat).
Zur Herstellung des Verbundbauteils wird die Scheibe in ein Schäumwerkzeug
eingelegt und unterschäumt, wobei
zur Erhöhung
der Formstabilität
und Festigkeit des Verbundbauteils die aufgeschäumte Kunststoffschicht mit
einer darin eingebetteten Armierung bestehend aus Fasern oder dergleichen
vorgesehen sein kann.
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In
einem Ausführungsbeispiel
des bekannten Verbundbauteils besitzt die PUR-Schaumschicht einen verdickten Rand,
mit welchem ein beträchtlicher
Höhenunterschied
zu einem Befestigungsflansch im Dachrahmenbereich eines Fahrzeugrohbaus überbrückt wird.
Nachteilig ist hierbei ein vergleichsweise großer Materialaufwand, durch
welchen sich zudem das Gewicht des Verbundbauteils erhöht.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges,
stabiles und insbesondere zur Verwendung für eine Fahrzeugkarosserie gut geeignetes
Verbundbauteil bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verbundbauteil für
eine Fahrzeugkarosserie, umfassend eine Scheibe aus thermoplastischem
Kunststoff zur Ausbildung eines Außenhautbereichs der Fahrzeugkarosserie
und eine an der Innenseite der Scheibe wenigstens bereichsweise
angeformte Trägerschicht aus
thermoplastischem Kunststoff, in welcher während des Anformens in einem
Sonderspritzgussverfahren (z. B. GID; WID; Schäumen) ein oder mehrere Hohlräume ausgebildet
wurden.
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Der
hier verwendete Begriff "Scheibe" ist sehr breit zu
verstehen und soll jeden eben oder gekrümmt verlaufenden, flächig ausgedehnten
Plattenkörper
umfassen, von welchem eine Flachseite eine sichtbare Außenfläche des
betreffenden Fahrzeugs bildet, sei es im eigentlichen Karosseriebereich
oder im transparenten Außenhautbereich,
der auch als Verscheibung oder "Glazing" bezeichnet wird.
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Durch
die wenigstens bereichsweise an der Innenseite der Scheibe angeformte
Trägerschicht aus
thermoplastischem Kunststoff kann dem Verbundbauteil eine besonders
große
Stabilität,
insbesondere Verwindungssteifigkeit, verliehen werden. Durch den
oder die in der Trägerschicht
im Sonderspritzgussverfahren ausgebildeten Hohlräume kann der von der Scheibe
ausgebildete Außenhautbereich mit
einer besonders hochwertigen Oberfläche hergestellt werden, z.
B. einer "Class-A-Oberfläche", wie sie für Sichtflächen von
Fahrzeugkarosserieteilen in der Automobilindustrie üblich sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Trägerschicht
wenigstens einen Bereich mit erhöhter
Trägerschichtdicke
auf. Zur Erzielung einer hohen Qualität der Außenoberfläche der Scheibe ist es hierbei
günstig,
wenn wenigstens ein Teil der Hohlräume, insbesondere ein Großteil des
Hohlraumvolumens, in dem oder den Bereichen mit erhöhter Trägerschichtdicke
vorgesehen ist.
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Wenn
wenigstens ein Bereich mit erhöhter Trägerschichtdicke
vorgesehen ist, so führt
dies bei der Erfindung nicht zwangsläufig zu einem entsprechend
erhöhten
Materialaufwand, da dieser Bereich einen oder mehrere Hohlräume enthalten
kann. Durch die Ausbildung der Trägerschicht in einem Spritzgussverfahren
lässt sich
die Anzahl und Gestaltung dieser verdickten Trägerschichtbereiche individuell
an die für
das Verbundbauteil vorgesehene Installationsumgebung anpassen. Die verdickten
Bereiche können
auch vorteilhaft zur Funktionsintegration an der Innenseite des
Verbundbauteils genutzt werden.
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In
einer Ausführungsform
ist der Bereich erhöhter
Trägerschichtdicke
zur Befestigung des Verbundbauteils an einem Befestigungsflansch
eines Fahrzeugrohbaus vorgesehen. Bei der Befestigung, insbesondere
z. B. der Verklebung oder Montage von Außenkarosserieteilen in der
Automobilindustrie muss in der Regel mit einem vorgegebenen Bauraum konstruiert
werden. Mit der vorstehenden Maßnahme lassen
sich materialsparend und dennoch stabil gegebenenfalls vorgesehene
Höhenunterschiede
zwischen einer Karosserieaußenhaut
und einem Befestigungsflansch (z. B. Klebeflansch) ausgleichen.
Der zur Anbindung des Verbundbauteils an dem Fahrzeugrohbau vorgesehene
Bereich erhöhter
Trägerschichtdicke
macht auch entsprechende Zusatzteile (z. B. Bleche) entbehrlich,
die zur Überbrückung solcher
Höhenunterschiede
vorgesehen werden könnten.
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In
einer Ausführungsform
ist der Bereich erhöhter
Trägerschichtdicke
als Befestigungsbasis für eine
an der Innenseite des Verbundbauteils zu befestigende Fahrzeugkomponente
vorgesehen. Lediglich beispielhaft sei hierfür eine Führungsschiene für das Beschattungssystem
eines transparenten Fahrzeugdachmoduls genannt, welches unter Verwendung des
Verbundbauteils ausgebildet ist.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Trägerschicht
rahmenartig an der Innenseite der Scheibe angeformt ist. Damit kann
diese Trägerschicht
vorteilhaft die Verwindungssteifigkeit des Verbundbauteils sehr
effizient erhöhen.
Darüber
hinaus kann ein solcher Trägerschichtrahmen
vorteilhaft als ein Bereich zur Anbindung des Verbundbauteils an einem
Fahrzeugrohbau dienen, der auch bei Überwindung beträchtlicher
Höhendifferenzen
materialsparend und dennoch stabil ausgebildet sein kann.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Verbundbauteil ein Fahrzeugdachmodul darstellt,
welches z. B. bereits mit allen wesentlichen Komponenten eines öffnungsfähigen Dachsystems (z.
B. Schiebe-Hebe-Dach etc.) versehen wird bevor es bei der Fahrzeugmontage
in den Dachrahmen eines Fahrzeugrohbaus eingesetzt und beispielsweise angeklebt
wird. Insbesondere für
diesen Anwendungsfall ist eine rahmenartig an der Innenseite der Scheibe angeformte
Trägerschicht
besonders vorteilhaft. Auch kann es sich bei dem Verbundbauteil
um eine Komponente zur Ausbildung eines festen (nicht öffnungsfähigen) Fahrzeugdaches
handeln ("Glasfestelement"). Ganz allgemein
kommen jedoch auch andere Stellen der Fahrzeugkarosserie in Betracht, die
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils realisiert
werden können
(z. B. ein Außenbereich
eines Fahrzeughecks).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Scheibe zur Ausbildung eines transparenten Außenhautbereichs
der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. Diese auch als Verscheibung oder "Glazing" bezeichneten Karosseriebereiche
können
durch entsprechende Wahl des Materials für die Scheibe in einfacher
Weise realisiert werden. Vorteilhaft können der oder die Bereiche
erhöhter
Trägerschichtdicke
wieder zur Befestigung der Verscheibung und/oder als Befestigungsbasis
für Fahrzeuginnenkomponenten dienen.
Die sichtbare Verscheibungsoberfläche kann hierbei mit der geforderten
hohen Qualität
realisiert werden.
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Sowohl
für eine
transparente als auch eine nicht transparente Scheibe kann beispielsweise
Polycarbonat (oder Polycarbonat-Blend) als Material gewählt werden.
Alternativ oder zusätzlich
kann ein derartiges Material auch vorteilhaft zur Ausbildung der
Trägerschicht
verwendet werden. Weitere für
den hier interessierenden Anwendungsbereich geeignete Thermoplaste
sind dem Fachmann wohlbekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Scheibe und/oder die Trägerschicht spritzgeprägt wird.
Da während
des Anformens der Trägerschicht
zusätzlich
ein Sonderspritzgussverfahren (insbesondere z. B. GID; WID; Schäumen) verwendet
wird, kann der zum Spritzprägen
bzw. Nachdrücken
der Schmelze aufzuwendende Spritz-/Prägedruck vorteilhaft gering
gewählt
werden, so dass die Gefahr von zu hohen Eigenspannungen im Bauteil und/oder
optische Defekte an der Aussenhaut (z. B. "Fenstereffekt") verringert werden, wie sie im Standardspritzguss
(sowohl für
1K als auch 2K) bekannt sind. Dies macht das erfindungsgemäße Verbundbauteil
wiederum besonders interessant zur Realisierung von Karosserieaußenteilen
an Fahrzeugen mit einer Class-A-Oberfläche.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Trägerschicht
mittels Gas-Injektions-Technik,
Wasser-Injektions-Technik oder Schäumen ausgeformt. Derartige
Techniken sind dem Fachmann aus dem Bereich des 1-Komponenten-Spritzgusses wohlbekannt
und bedürfen
daher hier keiner detaillierten Erläuterung. Wesentlich ist bei
all diesen Techniken, dass nach dem Einfüllen der Kunststoffschmelze
in das Spritzgusswerkzeug lokal ein Fluid eingebracht wird oder
beim Schäumen
(physikalisch oder chemisch) ein Gas entsteht, wodurch die Kunststoffschmelze
zur Bildung des oder der Hohlräume
an den gewünschten
Stellen weggetrieben wird. Dieses Material kann z. B. in andere,
zuvor noch nicht gefüllte
Bereiche der Werkzeugkavität
und/oder in eigens hierfür
vorgesehene Nebenräume
der Werkzeugkavität
gedrängt
werden.
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Bei
der als Gas-Injektions-Technik bekannten Methode wird typischerweise
Stickstoff mit einem Druck von einigen 10 bis einigen 100 bar eingeblasen.
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Je
nach gewählter
Technik kann das eingebrachte Gas, Wasser oder Schäummittel
zur Kompensation der Kunststoffschwindung und somit zur Vermeidung
von Verzug und Einfallstellen wirken. Insbesondere für einheitliche
Wanddicken der Trägerschicht
kann vorteilhaft ein Schwindungsausgleich durch Schäumen angewendet
werden. Gegenüber
einem konventionellen Hinterspritzen einer Kunststoffscheibe mit
einem thermoplastischen Kunststoffmaterial ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil
somit eine drastisch reduzierte Gefahr von Verzugs- und Einfallstellen
sowie Eigenspannungen. Mit den in den Bereichen erhöhter Trägerschichtdicke
vorgesehenen Hohlräumen
kann der Bildung von Einfallstellen an der Außenseite der Scheibe bzw. Karosserieaussenhaut
gezielt entgegengewirkt werden.
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Da
beim Anformen der Trägerschicht
der entsprechende Formhohlraum nicht beidseitig durch üblicherweise
aus Stahl hergestellte Werkzeughälften
begrenzt wird, sondern auf einer Seite durch den Vorspritzling (Scheibe)
begrenzt wird, der ein vergleichsweise geringes Wärmeleitvermögen besitzt, kann
durch eine geeignete ungleichmäßige bzw. asymmetrische
Temperaturführung
der an den Formhohlraum angrenzenden Werkzeughälfte speziell auf das Verzugsverhalten
durch unterschiedliche Wanddicken der Trägerschicht Einfluss genommen
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Es stellen dar:
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1 ist
eine Schnittansicht eines als Dachmodul ausgebildeten Verbundbauteils
im Übergangsbereich
zu einem seitlichen Dachrahmen eines Fahrzeugrohbaus,
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2 ist
eine der 1 entsprechende Ansicht gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
und
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3 ist
eine Ansicht gemäß einer
noch weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt
ein als Verbundbauteil ausgebildetes Dachmodul 10, umfassend
eine aus thermoplastischem Kunststoff (z. B. aus Polycarbonat) hergestellte,
transparente Dachscheibe 12, deren Außenseite eine Class-A-Oberfläche des
betreffenden Fahrzeugdaches bereitstellt. An der Innenseite der Dachscheibe 12 ist
eine ebenfalls aus einem thermoplastischem Kunststoff gebildete
Trägerschicht 14 angeformt.
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Die
Trägerschicht 14 bildet
einen am Rand der Dachscheibe 12 auf der Innenseite umlaufenden Trägerrahmen,
der einerseits zur Aussteifung der Scheibe 12 und andererseits
zur Bereitstellung eines von der Außenseite der Scheibe 12 beträchtlich
beabstandeten Auflageansatzes dient, der mittels einer Kleberaupe 16 auf
einen etwa horizontal sich erstreckenden Tragrand 18 einer
seitlichen Holmkonstruktion 20 aufgeklebt ist.
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Wenngleich
dies aus der Randbereichsdarstellung von 1 nicht
ersichtlich ist, so erstreckt sich der z. B. schwarz eingefärbte Trägerrahmen 14 lediglich über einen
Randbereich der transparenten Scheibe 12, deren mittlerer
Bereich an der Unterseite frei von dem Material der Trägerschicht 14 ist.
Die Trägerschicht 14 schafft
somit einen ästhetisch
ansprechenden Übergang
von einer großflächig transparenten
Dachfläche
(z. B. eines so genannten Panoramadaches) zur Außenlackierung der seitlichen Holmkonstruktion 20.
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Die
Trägerschicht 14 weist
in dem in 1 dargestellten Bereich einen
Bereich 22 mit einer Schichtdicke auf, die beträchtlich
größer (z.
B. um wenigstens einen Faktor 2) als die Schichtdicken in beiderseits
benachbarten Bereichen ist. Innerhalb dieses Bereichs 22 ist
ein großvolumiger
Hohlraum 24 vorgesehen, der während des Anformens der Trägerschicht 14 bei
diesem Beispiel in einem Gasinnendruck-Spritzgussverfahren (GID-Verfahren)
ausgebildet wurde.
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Durch
diesen Hohlraum 24 wird die Stabilität des Bereiches 22 zwar
geringfügig
beeinträchtigt,
jedoch eine Einsparung von Material und somit eine Reduzierung des
Gewichtes bewirkt.
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Darüber hinaus
ist mit der Ausbildung des Hohlraumes 24 während des
Anformprozesses ein weiteres prinzipbedingtes Problem des 2-Komponenten-Spritzgusses in besonders
einfacher Weise gelöst.
Es handelt sich dabei um die allgemeine Problematik, dass durch
ein unzureichendes Nachdrücken einer
zweiten Komponente, durch welches ein Schwund der Formmasse auszugleichen
ist, oftmals Einfallstellen an der entgegengesetzten Seite des Vorspritzlings
entstehen, insbesondere wenn die Wanddicke der zweiten Komponente
vergleichsweise groß ist
(z. B. wenigstens so groß wie
die Dicke der Scheibe) und/oder stark variiert ("Wanddickensprünge"). Bei dem in 1 dargestellten
Dachmodul 10 wird der beim Anformen der Trägerschicht 14 praktisch
unvermeidliche Materialschwund gewissermaßen intern, nämlich durch
den Innendruck des beim GID-Verfahren verwendeten Gases, wenigstens
teilweise ausgeglichen. Damit wird der vorstehend erwähnten Problematik
entgegengewirkt.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für analoge Komponenten
die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur
Unterscheidung der Ausführungsform.
Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw.
den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen
eingegangen und im Übrigen
hiermit ausdrücklich auf
die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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2 zeigt
eine Modifikation, bei welcher ein Dachmodul 10a wieder
aus einer Dachscheibe 12a und einer im 2-Komponenten-Spritzgussverfahren damit
hergestellten Trägerschicht 14a gebildet
ist. Im Unterschied zu der mit Bezug auf 1 beschriebenen
Ausführungsform
kommt es bei der Trägerschicht 14a nach
dem Einspritzen der Kunststoffschmelze in das betreffende Werkzeug
durch das beigemengte/zugeführte
Treibmittel zu einem Aufschäumen
des Materials. Die Ausbildung der Schaumstruktur ist speziell im
Bereich großer
Wanddicken (24a) stärker
ausgebildet. Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich wieder vorteilhaft
ein Ausgleich des Schwunds durch das expandierende Gas während des
Anformprozesses, so dass ein Nachdrücken von Kunststoffschmelze
vergleichsweise schonend vorgesehen bzw. ganz entfallen kann.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Dachmoduls 10b, umfassend eine Dachscheibe 12b und
eine Trägerschicht 14b.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind im dargestellten Bereich drei in ihrer Wanddicke vergrößerte Bereiche 22b-1, 22b-2 und 22b-3 vorgesehen.
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Der
seitlich äußere Bereich 22b-1 entspricht dem
bereits mit Bezug auf 1 beschriebenen Randbereich
des Dachmoduls.
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Die
weiter innen liegenden verdickten Bereiche 22b-2 und 22b-3 veranschaulichen
jedoch beispielhaft die vorteilhafte Nutzung derartiger jeweils mit
einem Hohlraum versehenen Bereiche zur Funktionsintegration (hier
betreffend Funktionen einer Dachkonstruktion). Diese Bereiche können beispielsweise
zur Anbringung oder Ausbildung von weiteren Fahrzeugkomponenten,
insbesondere Fahrzeuginnenkomponenten oder Komponenten eines Dachöffnungssystems
genutzt werden.
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So
ist beispielsweise an der Unterseite des Bereichs 22b-3 über eine
Kleberaupe 26b ein Schiebedachrahmen 28b zur Lagerung
bzw. Schiebeführung
eines Beschattungssystems 30b vorgesehen.
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Bei
den oben beschriebenen 2K-Glazing-Bauteilen wird in fertigungstechnisch
einfacher und kostengünstiger
Weise eine Gestaltung mit großen
Wanddicken und/oder Wanddickenanhäufungen und/oder Wanddickensprüngen ohne
Beeinträchtigung
der Oberflächenqualität auf der
Sichtseite der Bauteile ermöglicht.
Neben den bereits beschriebenen Vorteilen der in den Bereichen erhöhter Wanddicke
ausgebildeten Hohlräume
führt das
Vorsehen von Hohlräumen
auch zu einer im Vergleich zu massivem Trägermaterial rascheren Abkühlung der Kunststoffformmasse,
was wiederum kürzere
Zykluszeiten in der Fertigung ermöglicht.
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- 10
- Dachmodul
- 12
- Dachscheibe
- 14
- Trägerschicht
- 16
- Kleberaupe
- 18
- Tragrand
- 20
- seitliche
Holmkonstruktion
- 22
- verdickter
Bereich
- 24
- Hohlraum
- 26
- Kleberaupe
- 28
- Schiebedachrahmen
- 30
- Beschattungssystem