EP2498986A2 - Flächiges verbundbauteil, insbesondere fahrzeugkarosserieteil - Google Patents

Flächiges verbundbauteil, insbesondere fahrzeugkarosserieteil

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EP2498986A2
EP2498986A2 EP10776324A EP10776324A EP2498986A2 EP 2498986 A2 EP2498986 A2 EP 2498986A2 EP 10776324 A EP10776324 A EP 10776324A EP 10776324 A EP10776324 A EP 10776324A EP 2498986 A2 EP2498986 A2 EP 2498986A2
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EP
European Patent Office
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layer
barrier layer
composite component
thermal expansion
coefficient
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10776324A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Legler
Adam Wagner
Frank Kiesewetter
Michael Kölbl
Thomas Peter
Jan WOKÖCK
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Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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Filing date
Publication date
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Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP2498986A2 publication Critical patent/EP2498986A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31551—Of polyamidoester [polyurethane, polyisocyanate, polycarbamate, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a laminar composite component, in particular a vehicle body part according to the preamble of claim 1.
  • Such a composite component is known in practice in the form of a vehicle roof and comprises a composite material, which has an outer layer, which is formed for example of a plastic film of ABS or the like, and a support structure. Disposed between the outer layer and the support structure is a barrier layer which prevents imaging of structural features of the support structure on the outer layer.
  • the support structure has a core of a paper honeycomb, which is provided on the side facing the barrier layer with a first cover layer of a polyurethane / glass fiber mixture and on its side facing away from the barrier layer with a second cover layer of a polyurethane / glass fiber mixture.
  • the invention has for its object to provide a sheet-like composite component of the aforementioned type, in which the risk of deformation of the composite material due to a change in the ambient temperature is minimized.
  • the barrier layer and the support structure have coefficients of thermal expansion which are chosen such that a deformation of the material composite at least largely disappears during a temperature change in a range between -50 ° C. and + 80 ° C.
  • the temperature expansion coefficients of the barrier layer and support structure are coordinated so that a change in ambient temperature no undesirable deformation of the composite component in the form of a curvature, warping or the like by itself. Rather, the shape of the composite component over the claimed temperature range is substantially retained. Thus, with a change in temperature and no design or the function of the composite component impairing deformation is connected.
  • the composite component according to the invention can be designed in particular as a vehicle body part and, in this context, be suitable in principle for all outer and inner plate-shaped structures of vehicle bodies, which can be designed as a composite component.
  • the two-dimensional composite component according to the invention is a prefabricated roof module which can be inserted into a correspondingly formed roof frame of a vehicle body.
  • the body part may also be a moving surface, which is used in conjunction with a sunroof or at a hood of a convertible vehicle.
  • the composite component according to the invention is not limited to applications in the automotive sector. Rather, their use in all areas is conceivable in which flat elements can be used in lightweight construction.
  • the outer layer of the composite component according to the invention is produced in particular by the so-called in-mold coating method from a coating material which is chemically coupled to the decoupling layer.
  • the outer layer can therefore represent a so-called IMC (in-mold coating) paint, which in the manufacture of the composite component in a mold cavity of a mold on a the mold cavity limiting surface is sprayed. Subsequently, the material of the barrier layer is applied to the sprayed coating material. When pressing the composite component in the mold, the materials harden and connect with each other.
  • In-mold coating is thus a process in which the coating of a plastic molded part is already carried out in the tool used to produce the molded part.
  • a highly reactive two-component paint is introduced by means of a special technique in the mold. Thereafter, the material layer adjacent to the coating is introduced.
  • the result is a component with a finished surface which, depending on the shape, can be high glossy to matt and also structured.
  • the outer layer produced by the IMC process preferably has a thickness between 10 and 100 ⁇ m. If necessary, this outer layer can also be painted.
  • the outer layer as an outer skin, which consists of a plastic film of ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene), ASA-PC (acrylic ester-styrene-acrylonitrile-polycarbonate), ASA (acrylic ester-styrene-acrylonitrile) or PC ( Polycarbonate).
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • ASA-PC acrylic ester-styrene-acrylonitrile-polycarbonate
  • ASA acrylic ester-styrene-acrylonitrile
  • PC Polycarbonate
  • the support structure of the composite component according to the invention preferably has a core, which is a paper, metal or plastic honeycomb structure which is provided on both sides with a cover layer of a glass fiber / polyurethane mixture, which may constitute a stiffening layer.
  • the core of the support structure is made of a plastic foam material.
  • the barrier layer of the sheet-like composite component according to the invention consists in a preferred form of embodiment of the composite component according to the invention of a polyurethane / glass fiber mixture whose coefficient of thermal expansion can be adjusted by the proportion of fibers in the mixture.
  • the barrier layer may also have a layer structure, the individual layers of a part fiber-free polyurethane material and partially formed from a fibrous polyurethane material. Such a multilayered layer is often referred to as a multi-Tec layer.
  • the coefficient of thermal expansion of the support structure may be greater or smaller than the thermal expansion coefficient of the barrier layer.
  • the corresponding setting of the coefficients of thermal expansion may in particular also depend on the temperature expansion coefficient of the outer layer.
  • a tuning of the thermal expansion coefficient of the support structure can be done by appropriate selection of the coefficients of thermal expansion of the first cover layer and the second cover layer.
  • the coefficient of thermal expansion of the first cover layer i. the cover layer facing the barrier layer of the support structure, equal to the thermal expansion coefficient of the barrier layer or be greater or smaller than the thermal expansion coefficient of the barrier layer.
  • the coefficient of thermal expansion of the second cover layer i. the cover layer facing away from the barrier layer of the support structure, equal to the thermal expansion coefficient of the barrier layer or greater than or less than the thermal expansion coefficient of the barrier layer.
  • the cover layers are each preferably made of a polyurethane / glass fiber mixture.
  • the respective temperature expansion coefficient is then adjustable by the fiber content in the relevant cover layer. In general, the thermal expansion coefficient increases with decreasing fiber content.
  • a counteracting layer is provided, which adjoins the second cover layer, ie the cover layer of the support structure facing away from the barrier layer.
  • the coefficient of thermal expansion of the counteracting layer, which promotes the thermal behavior of the composite component, may correspond to that of the barrier layer.
  • the counteracting layer may have a coefficient of thermal expansion which is smaller or larger than the thermal expansion coefficient of the barrier layer.
  • the particular setting of the coefficient of thermal expansion depends on the choice of materials for the outer layer, the barrier layer and the support structure.
  • the counteracting layer may have a layer structure whose individual layers are partly formed of a fiber-free polyurethane material and partly of a fibrous polyurethane material.
  • the variable layer structure of the counter-coating layer thus designed as a multi-Tec layer can have a positive influence on the characteristic values of the composite component, in particular in mechanical and thermal terms, and can thus be used specifically for component design. The same applies to a barrier layer designed as a multi-Tec layer.
  • the thermal behavior of the components can be significantly controlled and optimized. Consequently, it is possible to set a desired behavior or deformation behavior of the composite component in the event of a temperature change.
  • Figure 1 is a partial view of a passenger car with a roof module
  • FIG. 2 is a section through a roof module according to the invention.
  • FIG 3 shows a section through an alternative embodiment of a composite component according to the invention.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 10 embodied as a passenger vehicle, the body of which has a roof frame 12 into which a roof module 14 designed as a composite component can be inserted and which covers a vehicle interior.
  • FIG. 2 shows a section through the roof module 14 shown in FIG. 1, which is constructed in multiple layers and is prefabricated prior to insertion into the roof frame 12.
  • the roof module 14 designed as a flat composite component forms a composite material comprising a carrier structure 16, which consists of a paper honeycomb 18 and a first cover layer 20 arranged on one side of the paper honeycomb 18 and a second cover layer 22 arranged on the other side of the paper honeycomb 18 ,
  • the two cover layers 20 and 22 each consist of a polyurethane / glass fiber mixture and serve as stiffening layers of the support structure 16.
  • a so-called blocking or decoupling layer is arranged, which is composed of thin individual layers and a so-called multi - Tec layer forms.
  • the individual layers of the layer structure of the barrier layer 24 are partially formed of a fiber-free polyurethane material and partially of a fibrous polyurethane material.
  • the barrier layer 24 carries an outer layer 26, which is the visible surface of the roof module 14 and from a sun formed IMC paint is thus formed in the process in the manufacture of the roof module 14 on the outside thereof.
  • the outer layer 26 can also represent a formed in the process adhesive layer, which can be subsequently painted in a desired color.
  • the support structure 16 has a coefficient of thermal expansion, which is greater or less than the coefficient of thermal expansion of the barrier layer 24, depending on the choice of material of the outer layer 26.
  • the cover layer 20 of the support structure 16 may have a coefficient of thermal expansion which is less than or greater than the temperature expansion coefficient of the barrier layer 24. It is also conceivable that the temperature expansion coefficient of the cover layer 20 is equal to the coefficient of thermal expansion of the barrier layer 24.
  • the cover layer 22 of the support structure 16 facing away from the barrier layer 24 has a coefficient of thermal expansion which is likewise greater or smaller than the temperature expansion coefficient of the barrier layer 24 or else equal to the temperature coefficient of the barrier layer 24.
  • the adjustment of the coefficients of thermal expansion of the individual layers is achieved by adjusting the fiber content in the respective polyurethane / glass fiber mixture.
  • the material composite shown in FIG. 2 is produced in such a way that first of all a coating material, which is formed as so-called IMC (in-mold coating) lacquer, is sprayed onto a surface delimiting the mold cavity into a mold cavity of a mold. Subsequently, a polyurethane / glass fiber mixture forming the barrier layer 24 is applied to the coating material. sprayed. Then, the support structure 16, which consists of the paper honeycomb with both sides arranged, impregnated with polyurethane glass fiber mats, inserted into the mold.
  • IMC in-mold coating
  • the tool After spraying or inserting the various component components, the tool is closed, so that by the resulting heating / pressing process, the polyurethane components and the coating material can react and the finished the roof module 14 forming composite component is formed.
  • the mold After solidification of the composite component, the mold can be opened and the roof module 14 are removed from the mold. The finished component forming the composite component can then be installed on the relevant vehicle without further reworking.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a composite component 14 ', which essentially corresponds to that of FIG. 2, but differs therefrom in that it has an additional material layer 28 representing a counteracting layer on the side facing away from the outer layer 26, which likewise represents a barrier layer.
  • the Gegenzug Mrs 28, which can be considered as an additional intermediate layer, which is followed by a subsequently applied vehicle interior sky, is also formed according to the barrier layer 24 of a layer structure of thin individual layers, which are partially formed of a fiber-free polyurethane material and partially of a fibrous polyurethane material.
  • the counteracting layer 28 has a coefficient of thermal expansion which corresponds to the coefficient of thermal expansion of the barrier layer 24.
  • the counteracting layer 28 has a coefficient of thermal expansion which is smaller or larger than the temperature expansion coefficient of the barrier layer 24.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flächiges Verbundbauteil, insbesondere Fahrzeugkarosserieteil, umfassend einen Materialverbund mit einer Außenschicht (26), einer an die Außenschicht angrenzenden Sperrschicht (24) und einer Trägerstruktur (16), auf der die Sperrschicht angeordnet ist und die einen Kern (18) umfasst, der an der der Sperrschicht (24) zugewandten Seite mit einer ersten Deckschicht (20) und an der der Sperrschicht (24) abgewandten Seite mit einer zweiten Deckschicht (22) versehen ist. Die Sperrschicht (24) und die Trägerstruktur (16) haben Temperaturausdehnungskoeffizienten, die so gewählt sind, dass eine Deformation des Materialverbunds bei einer Temperaturänderung in einem Bereich zwischen -50°C und +80°C zumindest weitgehend unterbleibt.

Description

21. Oktober 2010
Webasto AG M/WEB-167-WO
(DP 1997/09 WO)
Flächiges Verbundbauteil, insbesondere Fahrzeugkarosserieteil
Die Erfindung betrifft ein flächiges Verbundbauteil, insbesondere ein Fahrzeugkarosserieteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Verbundbauteil ist in Form eines Fahrzeugdaches aus der Praxis bekannt und umfasst einen Materialverbund, der eine Außenschicht, die beispielsweise aus einer Kunststofffolie aus ABS oder dergleichen gebildet ist, und eine Trägerstruktur aufweist. Zwischen der Außenschicht und der Trägerstruktur ist eine Sperrschicht angeordnet, die ein Abbilden von strukturellen Merkmalen der Trägerstruktur auf der Außenschicht verhindert. Die Trägerstruktur hat einen Kern aus einer Papierwabe, der an der der Sperrschicht zugewandten Seite mit einer ersten Deckschicht aus einem Polyurethan/Glasfaser-Gemisch und an seiner der Sperrschicht abgewandten Seite mit einer zweiten Deckschicht aus einem Polyurethan/Glasfaser-Gemisch versehen ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verbundbauteil besteht das Problem, dass die einzelnen Schichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dies kann bei einer Temperaturänderung zu einer Verformung des Verbundbauteils führen, die auf das unterschiedliche laterale Ausdehnungsverhalten der einzelnen Schichten des Materialverbundes zurückzuführen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flächiges Verbundbauteil der einleitend genannten Gattung zu schaffen, bei dem die Gefahr einer Deformation des Materialverbunds aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur minimiert ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird mithin vorgeschlagen, dass die Sperrschicht und die Trägerstruktur Temperaturausdehnungskoeffizienten haben, die so gewählt sind, dass eine Deformation des Materialverbunds bei einer Temperaturänderung in einem Bereich zwischen -50 °C und +80 °C zumindest weitgehend unterbleibt.
Bei dem Verbundbauteil nach der Erfindung sind also die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht und Trägerstruktur so aufeinander abgestimmt, dass eine Änderung der Umgebungstemperatur keine unerwünschte Deformation des Verbundbauteils in Form einer Wölbung, eines Verziehens oder dergleichen nach sich zieht. Vielmehr bleibt die Form des Verbundbauteils über den beanspruchten Temperaturbereich im Wesentlichen erhalten. Damit ist mit einer Temperaturänderung auch keine das Design oder die Funktion des Verbundbauteils beeinträchtigende Verformung verbunden.
Das Verbundbauteil nach der Erfindung kann insbesondere als Fahrzeug-Karosserieteil ausgebildet sein und in diesem Zusammenhang grundsätzlich für alle äußeren und inneren plattenförmigen Strukturen von Fahrzeugkarosserien geeignet sein, die als Verbundbauteil ausgeführt sein können. Beispielsweise ist das flächige Verbundbauteil nach der Erfindung ein vorgefertigtes Dachmodul, das in einen korrespondierend ausgebildeten Dachrahmen einer Fahrzeugkarosserie einsetzbar ist. Das Karosserieteil kann aber auch eine bewegte Fläche sein, die in Verbindung mit einem Schiebedach oder bei einem Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs eingesetzt wird. Grundsätzlich ist das Verbundbauteil nach der Erfindung aber nicht auf Anwendungen im Automobilbereich beschränkt. Vielmehr ist deren Einsatz in sämtlichen Bereichen denkbar, in denen flächige Elemente in Leichtbauweise Anwendung finden können.
Die Außenschicht des Verbundbauteils nach der Erfindung ist insbesondere nach dem so genannten In-Mould-Coating-Verfahren aus einem Beschichtungswerkstoff hergestellt, der mit der Entkopplungsschicht chemisch gekoppelt ist. Die Außenschicht kann mithin einen so genannten IMC(In-Mould-Coating)-Lack darstellen, der bei der Herstellung des Verbundbauteils in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs auf eine den Formhohlraum begrenzende Fläche aufgesprüht wird. Anschließend wird auf den aufgesprühten Beschichtungswerkstoff der Werkstoff der Sperrschicht aufgetragen. Beim Verpressen des Verbundbauteils in der Form härten die Werkstoffe aus und gehen eine Verbindung miteinander ein.
Das In-Mould-Coating ist also ein Verfahren, bei dem die Lackierung eines Kunststoff- Formteils bereits in dem zur Herstellung des Formteils eingesetzten Werkzeug durchgeführt wird. Hierzu wird ein hochreaktiver Zwei-Komponenten-Lack mittels einer speziellen Technik in die Form eingebracht. Danach wird die an die Lackierung angrenzende Materiallage eingebracht. Das Ergebnis ist ein Bauteil mit einer fertigen Oberfläche, die je nach Formbeschaffenheit hochglänzend bis matt und auch strukturiert sein kann. Die nach dem IMC-Verfahren hergestellte Außenschicht hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 und 100 μιη. Im Bedarfsfall kann diese Außenschicht auch noch lackiert werden.
Denkbar ist es aber auch, die Außenschicht als Außenhaut auszubilden, die aus einer Kunststofffolie aus ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), ASA-PC (Acrylester-Styrol- Acrylnitril-Polycarbonat), ASA (Acrylester-Styrol-Acrylnitril) oder PC (Polycarbonat) besteht.
Die Trägerstruktur des Verbundbauteils nach der Erfindung hat vorzugsweise einen Kern, der eine aus Papier, Metall oder Kunststoff bestehende Wabenstruktur darstellt, welche beidseits mit einer Deckschicht aus einem Glasfaser/Polyurethan-Gemisch versehen ist, die eine Versteifungsschicht darstellen kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Kern der Trägerstruktur aus einem Kunststoffschaumwerkstoff hergestellt ist.
Die Sperrschicht des flächigen Verbundbauteils nach der Erfindung besteht bei einer bevorzugten Aus irungsform des Verbundbauteils nach der Erfindung aus einem Polyurethan/Glasfaser-Gemisch, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient durch den Anteil an Fasern in dem Gemisch eingestellt werden kann. Die Sperrschicht kann aber auch einen Schichtaufbau haben, dessen einzelne Schichten teilweise aus einem faserfreien Polyurethanwerkstoff und teilweise aus einem faserhaltigen Polyurethanwerkstoff gebildet sind. Eine derartige aus mehreren Einzelschichten aufgebaute Schicht wird häufig auch als Multi-Tec-Schicht bezeichnet. Je nach Schichtaufbau und je nach den an das Verbundbauteil gestellten Anforderungen kann der Temperaturausdehnungskoeffizient der Trägerstruktur größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht sein. Die entsprechende Einstellung der Temperaturausdehnungskoeffizienten kann insbesondere auch von dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Außenschicht abhängen.
Eine Abstimmung des Temperaturausdehnungskoeffizienten der Trägerstruktur kann durch entsprechende Auswahl der Temperaturausdehnungskoeffizienten der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht erfolgen. So kann der Temperaturausdehnungskoeffizient der ersten Deckschicht, d.h. der der Sperrschicht zugewandten Deckschicht der Trägerstruktur, gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht oder größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht sein. Entsprechend kann der Temperaturausdehnungskoeffizient der zweiten Deckschicht, d.h. der der Sperrschicht abgewandten Deckschicht der Trägerstruktur, gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht oder größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht sein.
Wie oben bereits erwähnt, sind die Deckschichten jeweils vorzugsweise aus einem Polyurethan/Glasfaser-Gemisch gefertigt. Der jeweilige Temperaturausdehnungskoeffizient ist dann durch den Faseranteil in der betreffenden Deckschicht einstellbar. In der Regel nimmt der Wärmeausdehnungskoeffizient mit abnehmendem Faseranteil zu.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform des flächigen Verbundbauteils nach der Erfindung ist eine Gegenzugschicht vorgesehen, die an die zweite Deckschicht, d.h. an die der Sperrschicht abgewandte Deckschicht der Trägerstruktur grenzt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Gegenzugschicht, die das thermische Verhalten des Verbundbauteils begünstigt, kann demjenigen der Sperrschicht entsprechen.
Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Gegenzugschicht einen Temperaturausdeh- nungskoeffizienten hat, der kleiner oder größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht ist. Die jeweilige Einstellung des Temperaturausdehnungskoeffizienten hängt von der Wahl der Werkstoffe für die Außenschicht, die Sperrschicht und die Trägerstruktur ab. Wie auch die Sperrschicht bzw. Entkopplungsschicht kann die Gegenzugschicht einen Schichtaufbau haben, dessen einzelne Schichten teilweise aus einem faserfreien Polyurethanwerkstoff und teilweise aus einem faserhaltigen Polyurethanwerkstoff gebildet sind. Der variable Schichtaufbau der damit als Multi-Tec-Schicht ausgelegten Gegenzugschicht kann die Kennwerte des Verbundbauteils insbesondere in mechanischer und thermischer Hinsicht positiv beeinflussen und dadurch gezielt zur Bauteilauslegung eingesetzt werden. Gleiches gilt auch für eine als Multi-Tec-Schicht ausgebildete Sperrschicht.
Durch die gezielte Auswahl der Temperaturausdehnungskoeffizienten der einzelnen Schichten des Verbundbauteils kann das Wärmeverhalten der Bauteile maßgeblich gesteuert und optimiert werden. Es lässt sich mithin gezielt ein gewünschtes Verhalten bzw. Verformungsverhalten des Verbundbauteils bei einer Temperaturänderung einstellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar. Ausführungsbeispiele eines Verbundbauteils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Teilansicht eines Personenkraftwagens mit einem Dachmodul;
Figur 2 einen Schnitt durch ein Dachmodul nach der Erfindung; und
Figur 3 einen Schnitt durch eine alternative Ausfuhrungsform eines Verbundbauteils nach der Erfindung.
In Figur 1 ist ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug 10 dargestellt, dessen Karosserie einen Dachrahmen 12 aufweist, in den ein als Verbundbauteil ausgebildetes und vormontiertes Dachmodul 14 einsetzbar ist, das einen Fahrzeuginnenraum überdeckt. Die Verbindung zwischen dem Dachmodul 14 und dem Dachrahmen 12 erfolgt über eine hier nicht näher dargestellte, umlaufende Kleberaupe. In Figur 2 ist ein Schnitt durch das in Figur 1 dargestellte Dachmodul 14 gezeigt, das mehrlagig aufgebaut ist und vor dem Einsetzen in den Dachrahmen 12 vorgefertigt ist.
Das als flächiges Verbundbauteil ausgebildete Dachmodul 14 bildet einen Materialverbund, der eine Trägerstruktur 16 aufweist, welche aus einer Papierwabe 18 und einer ersten, auf einer Seite der Papierwabe 18 angeordneten Deckschicht 20 und einer zweiten, auf der anderen Seite der Papierwabe 18 angeordneten Deckschicht 22 besteht. Die beiden Deckschichten 20 und 22 bestehen jeweils aus einem Polyurethan/Glasfaser- Gemisch und dienen als Versteifungsschichten der Trägerstruktur 16. Auf der ersten Deckschicht 20 ist eine so genannte Sperr- bzw. Entkopplungsschicht angeordnet, die aus dünnen Einzelschichten aufgebaut ist und eine so genannte Multi- Tec-Schicht bildet. Die einzelnen Schichten des Schichtaufbaus der Sperrschicht 24 sind teilweise aus einem faserfreien Polyurethanwerkstoff und teilweise aus einem faserhaltigen Polyurethanwerkstoff gebildet.
An der der Fahrzeugaußenseite zugewandten Seite trägt die Sperrschicht 24 eine Außenschicht 26, die die Sichtfläche des Dachmoduls 14 darstellt und aus einem so genannten IMC-Lack gebildet ist, der mithin im Prozess bei der Herstellung des Dachmoduls 14 an der Außenseite desselben ausgebildet wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Außenschicht 26 auch eine im Prozess ausgebildete Haftvermittlerschicht darstellen, die nachträglich in einer gewünschten Farbgebung lackiert werden kann.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausfuhrungsform hat die Trägerstruktur 16 einen Temperaturausdehnungskoeffizienten, der in Abhängigkeit von der Materialwahl der Außenschicht 26 größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht 24 ist.
Ferner kann die Deckschicht 20 der Trägerstruktur 16 einen Temperaturausdehnungskoeffizienten haben, der kleiner als oder größer als der Temperaturausdehnungskoeffi- zient der Sperrschicht 24 ist. Denkbar ist es auch, dass der Temperaturausdehnungskoeffizient der Deckschicht 20 gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht 24 ist.
Die der Sperrschicht 24 abgewandte Deckschicht 22 der Trägerstruktur 16 hat einen Temperaturausdehnungskoeffizienten, der ebenfalls größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht 24 oder auch gleich dem Temperaturkoeffizienten der Sperrschicht 24 ist.
Die Einstellung der Temperaturausdehnungskoeffizienten der einzelnen Schichten erfolgt durch die Einstellung des Faseranteils in dem jeweiligen Polyurethan/Glasfaser- Gemisch.
Die Herstellung des in Figur 2 dargestellten Materialverbunds erfolgt derart, dass zunächst in einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs ein Beschichtungswerkstoff, der als so genannter IMC(In-Mould-Coating)-Lack ausgebildet ist, auf eine den Formhohlraum begrenzende Fläche aufgesprüht wird. Anschließend wird auf den Beschichtungswerkstoff ein die Sperrschicht 24 bildendes Polyurethan/Glasfaser-Gemisch aufge- sprüht. Dann wird die Trägerstruktur 16, die aus der Papierwabe mit beidseits angeordneten, mit Polyurethan durchtränkten Glasfasermatten besteht, in das Formwerkzeug eingelegt. Nach dem Einsprühen bzw. Einlegen der verschiedenen Bauteilkomponenten wird das Werkzeug geschlossen, so dass durch den resultierenden Heiz-/Press-Vorgang die Polyurethankomponenten und der Beschichtungswerkstoff ausreagieren können und das fertige das Dachmodul 14 bildende Verbundbauteil geformt wird. Nach dem Erstarren des Verbundbauteils kann das Formwerkzeug geöffnet und das Dachmodul 14 entformt werden. Das fertige das Verbundbauteil bildende Bauteil kann dann ohne weitere Nachbearbeitung an dem betreffenden Fahrzeug verbaut werden.
In Figur 3 ist eine alternative Ausfuhrungsform eines Verbundbauteils 14' dargestellt, das im Wesentlichen demjenigen nach Figur 2 entspricht, sich von diesem aber dadurch unterscheidet, dass es auf der der Außenschicht 26 abgewandten Seite eine zusätzliche, eine Gegenzugschicht darstellende Materialschicht 28 aufweist, die ebenfalls eine Sperrschicht darstellt. Die Gegenzugschicht 28, die als zusätzliche Zwischenschicht aufgefasst werden kann, an die sich ein nachträglich aufzubringender Fahrzeuginnenhimmel anschließt, ist entsprechend der Sperrschicht 24 ebenfalls aus einem Schichtaufbau dünner Einzelschichten gebildet, die teilweise aus einem faserfreien Polyurethanwerkstoff und teilweise aus einem faserhaltigen Polyurethanwerkstoff gebildet sind.
Die Gegenzugschicht 28 hat einen Temperaturausdehnungskoeffizienten, der dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht 24 entspricht. Alternativ ist es zur Einstellung eines speziellen Temperaturverhaltens des Verbundbauteils 14' auch denkbar, dass die Gegenzugschicht 28 einen Temperaturausdehnungskoeffizienten hat, der kleiner oder größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht 24 ist. Bezugszeichenliste 0 Kraftfahrzeug2 Dachrahmen4 Dachmodul6 Trägerstruktur8 Papierwabe0 Deckschicht2 Deckschicht4 Sperrschicht6 Außenschicht8 Gegenzugschicht

Claims

Patentansprüche
Flächiges Verbundbauteil, insbesondere Fahrzeugkarosserieteil, umfassend einen Materialverbund mit einer Außenschicht (26), einer an die Außenschicht angrenzenden Sperrschicht (24) und einer Trägerstruktur (16), auf der die Sperrschicht angeordnet ist und die einen Kern (1 8) umfasst, der an der der Sperrschicht (24) zugewandten Seite mit einer ersten Deckschicht (20) und an der der Sperrschicht (24) abgewandten Seite mit einer zweiten Deckschicht (22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (24) und die Trägerstruktur (16) Temperaturausdehnungskoeffizienten haben, die so gewählt sind, dass eine Deformation des Materialverbunds bei einer Temperaturänderung in einem Bereich zwischen -50 °C und +80 °C zumindest weitgehend unterbleibt.
Flächiges Verbundbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturausdehnungskoeffizient der Trägerstruktur (16) größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht (24) ist.
2
3. Flächiges Verbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient der ersten Deckschicht (20) gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht (24) oder größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffi- zient der Sperrschicht (24) ist.
Flächiges Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturausdehnungskoeffizient der zweiten Deckschicht (22) gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht (24) oder größer oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht (24) ist.
5. Flächiges Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Gegenzugschicht (28), die an die zweite Deckschicht (22) der Trägerstruktur (16) grenzt.
6. Flächiges Verbundbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenzugschicht (28) einen Temperaturausdehnungskoeffizienten hat, der gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Sperrschicht (24) oder größer als oder kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Sperrschicht (24) ist.
7. Flächiges Verbundbauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Gegenzugschicht (28) einen Schichtaufbau hat, dessen einzelne Schichten teilweise aus einem faserfreien Polyurethanwerkstoff und teilweise aus einem faserhaltigen Polyurethanwerkstoff gebildet sind. 3
8. Flächiges Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (24) einen Schichtaufbau hat, dessen einzelne Schichten teilweise aus einem faserfreien Polyurethanwerkstoff und teilweise aus einem faserhaltigen Polyurethan- Werkstoff gebildet sind.
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