EP3310571A1 - Verbundbauteil für ein fahrzeug, insbesondere einen kraftwagen, sowie verfahren zum herstellen eines verbundbauteils - Google Patents

Verbundbauteil für ein fahrzeug, insbesondere einen kraftwagen, sowie verfahren zum herstellen eines verbundbauteils

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Publication number
EP3310571A1
EP3310571A1 EP16726278.1A EP16726278A EP3310571A1 EP 3310571 A1 EP3310571 A1 EP 3310571A1 EP 16726278 A EP16726278 A EP 16726278A EP 3310571 A1 EP3310571 A1 EP 3310571A1
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EP
European Patent Office
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layer
core layer
composite component
cover layer
plastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16726278.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Blumenstock
Benno Stamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B32B37/04—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the partial melting of at least one layer
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    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure

Definitions

  • Composite component for a vehicle in particular a motor vehicle, and method for
  • the invention relates to a composite component for a vehicle, in particular a
  • a motor vehicle according to the preamble of claim 1, and a method of manufacturing a composite component according to the preamble of claim 6.
  • the composite component has a core layer, which is formed from a thermoplastic foam.
  • the core layer is formed as a foam element, which is made of a plastic in the form of a thermoplastic.
  • the composite component further comprises at least one cover layer, which is connected to the core layer. This means that the cover layer is arranged on the core layer, wherein the cover layer and the core layer at least partially overlap each other. Furthermore, the core layer and the cover layer are pressed together.
  • the cover layer is connected to the plastic foam, wherein the core layer and the cover layer are introduced into a pressing tool and pressed together by means of the pressing tool.
  • the cover layer and the core layer form a laminate of the composite component. It is possible to form the composite component as a sandwich composite component, wherein on a side facing away from the cover layer of the core layer disposed at least one further cover layer and connected to the core layer, in particular pressed, may be.
  • DE 20 2011 005 422 U1 discloses a plastic body made of several components joined in a sandwich construction, which at least partially by several different joining techniques positively, positively and / or materially connected together and assembled into a compact vehicle body. At least some of the load-bearing parts are made of carbon-fiber-reinforced plastic, and cavities between the individual parts are at least partially filled with foam material. Furthermore, it is envisaged that the items in the
  • Object of the present invention is to provide a composite component and a method of the type mentioned, by means of which a particularly cost-effective production of the vehicle can be realized.
  • the composite component includes a core layer of a thermoplastic foam and at least one cover layer connected to the core layer.
  • the core layer further has a higher density in one area than the density of the semifinished core layer.
  • the core layer is made of a thermoplastic starting foam material
  • the cover layer formed of a fiber-reinforced plastic is connected in the higher density region by friction welding with at least one joining element.
  • the invention is based on the finding that joining methods for joining a composite component, in particular its
  • Cover layer with at least one joining element usually limit to the gluing or screws, as this damage to the composite component, in particular the core layer, as well as unwanted marks on at least one surface of the composite component can be avoided.
  • gluing and screwing are costly and time consuming, in particular due to the required apparatus or the need to use separate fasteners.
  • friction welding a particularly cost and time to produce cheap connection between the cover layer and the joining element. The construction and the higher density allow doing the time and cost implementation of the friction welding, since unwanted damage and marks on surfaces of the composite component can be safely avoided.
  • the core layer has a higher density in at least one first subarea than in at least one second subarea adjacent to the first subarea and thus local densifications which are generated selectively.
  • the higher density in the first partial area than the second partial area is realized, for example, in that the composite component in the first partial area is stronger than in the second partial area adjacent to the first partial area
  • Part area is pressed. Damage to the composite component can be avoided by the locally limited, stronger compression during the production of the composite component, since the density of the core layer designed as a foam core is increased locally, resulting in an increase of the mechanical pressure properties or compressive strength of the core layer compared to the less compressed second portion region. that is, the thermoplastic resin foam results.
  • the layers, in particular the core layer, of the composite component are sensitive to very high pressure and temperature, which, however, can now be avoided by the locally higher density, in particular by the locally stronger compression.
  • the composite component since the composite component only has a higher density locally or is more compressed, the material character of the composite component remains preserved over the entire composite component. In other words, it is possible by the locally higher density a harmless connection between the
  • the core layer Due to the locally higher density, the core layer also withstands very high pressures, as are customary in friction welding, so that a connection is made possible in a simple manner and very variably at a location without any damage occurring.
  • Sub-areas to be adapted and adapted to locally occurring, high loads, as they can occur during friction welding.
  • it is possible to impress and collapse the sandwich composite, for example
  • the core layer before the friction welding by pressing over the entire surface with a higher density than the density of
  • Design is particularly favorable when a composite component is desired, which should also on all sides also outside the joints pressure resistant properties.
  • An embodiment is characterized in that the joining element is formed from a plastic. As part of the friction welding, the plastic of the joining element and / or the plastic of the cover layer are melted, whereby the joining element is firmly connected to the cover layer and thus the composite component as a whole.
  • the plastic of the cover layer is a thermoplastic.
  • the thermoplastic of the cover layer is a matrix or a plastic matrix and in particular a thermoplastic polymer matrix, in which reinforcing fibers are at least partially embedded.
  • These reinforcing fibers are preferably glass fibers and / or natural fibers and / or carbon fibers or carbon fibers and / or aramid fibers, in order to provide, for example, a particularly advantageous rigidity of the cover layer and thus of the composite component as a whole. In particular, this can be particularly advantageous
  • Embodiment is further based on the finding that the core layer can be particularly well protected by the thermoplastic coating of the cover layer, so caused by the friction welding, unwanted adverse effects of the composite component can be safely avoided.
  • the material of both the cover layer and the joining element can be readily melted, so that they can be firmly bonded together without damaging the core layer.
  • the friction welding can, for example, by means of one on the two Joining partners to be pressed pin done and / or by the joining element itself.
  • thermoplastic of the cover layer is polypropylene (PP).
  • PP polypropylene
  • the cover layer is, for example, a nonwoven or formed from a nonwoven fabric and may in particular be formed from a hybrid nonwoven fabric. Furthermore, it is conceivable that the cover layer is formed from an organic sheet or a hybrid weave.
  • the core layer is preferably a PET foam core whose density and thus mechanical pressure properties, in particular by the locally stronger compression, can be increased particularly advantageously locally.
  • the bonding of the cover layer to the core layer can be effected by at least one enamel layer arranged between the core layer and the cover layer or by a reactive adhesive, by which a layer, which is different from the cover layer and core layer and additionally provided, is formed.
  • the aforementioned melt layer is, for example, by the molten plastic of the
  • the cover layer formed from a fiber-reinforced plastic is connected to at least one joining element by friction welding.
  • Advantageous embodiments of the composite component according to the invention are as to consider advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
  • the core layer be in at least a first portion having a higher density than in at least one adjacent to the first portion second subregion is formed, wherein the cover layer is connected in the first portion by friction welding with the joining element.
  • the composite component is pressed more strongly in the first subregion than in the second subregion, wherein after the pressing, the covering layer in the first subregion is joined to the joining element by friction welding. It was found that, for example, very thin and one
  • the composite component with the joining element preferably formed of a plastic by increasing the welding amplitude and / or the welding frequency by
  • a further embodiment is characterized in that the core layer during pressing has a temperature which corresponds at least almost to the processing temperature of the plastic of the cover layer. As a result, the core layer can be compressed without
  • thermoplastic is used as the plastic of the cover layer, which may in particular be polypropylene (PP). Furthermore, it has been found to be particularly advantageous if the thermoplastic foam from PP.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PET is formed, so that the core layer is formed as a PET foam core.
  • PET is in a softened state at temperatures above 140 ° C and can thus be plastically deformed. Only when reaching the melting point above 250 ° C, the melting of PET begins, while PP melts at 160 ° C.
  • This combination of materials is thus particularly advantageous because between 160 ° C and 250 ° C, the thermoplastic of the cover layer is melted and the core is plastically deformable without the foam structure is destroyed. This results in a large usable temperature range for the manufacturing process.
  • the process reliability during welding is increased if the melting temperature of the core is significantly higher than that
  • Pressing the core layer in the first portion may be provided that the core layer is produced by an extrusion process, wherein the locally higher density in the first portion, for example, by varying the extrusion profile of
  • Core layer is set during their production. It is also conceivable to separate out part of the core layer partially, that is to say in the first subregion, in particular to cut it out, resulting in a recess or a gap in the first subregion. In the recess, that is, in the first portion of a foam body is then inserted, which has a higher density than the rest of the core layer, that is, as the adjoining the foam body second
  • Part area has.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through a composite component for a
  • Vehicle having a core layer of a thermoplastic foam and at least one associated with the core layer cover layer, wherein the core layer in at least a first portion a higher density than in at least one adjacent to the first portion, the second portion, and wherein the formed of a fiber reinforced plastic cover layer in the first
  • Part region is connected by friction welding with at least one joining element
  • Fig. 2 is a further schematic sectional view through the composite component, which is connected to respective joining elements by friction welding.
  • the composite layer 10 and thus the composite component comprise a core layer 12 of a thermoplastic foam.
  • the core layer 12 is made of polyethylene terephthalate (PET) and thus formed as a PET foam core.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the layer composite 10 further comprises respective cover layers 14 and 16, between which the core layer 12 is arranged.
  • the respective cover layer 14 or 16 is formed from a fiber-reinforced plastic, wherein the plastic of the cover layer 14 or 16 is preferably a thermoplastic and in particular polypropylene (PP).
  • PP polypropylene
  • Reinforcing fibers are preferably glass fibers, natural fibers,
  • Aramid fibers and / or carbon fibers Aramid fibers and / or carbon fibers.
  • the respective cover layer 14 or 16 can be formed, for example, from a hybrid nonwoven fabric, organic sheet or hybrid fabric.
  • the respective bonding layer 18 or 20 is arranged, via which the respective cover layer 14 or 16 is connected to the core layer 12.
  • the respective bonding layer 8 or 20 is also referred to as a melt layer, since it is liquefied or melted, for example, during the production of the composite component or of the layer composite 10.
  • the respective Binding layer 18 or 20 is formed for example by the plastic of the respective cover layer 1 or 16 or by an additionally provided plastic or of an adhesive, in particular reactive adhesive, which is provided in addition to the respective plastic of the cover layers 14 and 16 and the core layer 12 , Via the respective bonding layer 18, the bonding of the cover layers 14 and 16 to the core layer 12 takes place.
  • a sandwich composite with a thermoplastic foam core and fiber-reinforced thermoplastic cover layers 14 and 16 is formed by the layer composite 10.
  • a trim part, in particular interior trim part, of a vehicle such as a motor vehicle and in particular a passenger car is produced from the layer composite 0.
  • the layer composite 10 is used, for example, as a semi-finished product in a pressing tool
  • halves comprises two tool.
  • the tool halves are, for example, arranged opposite one another and movable towards and away from one another. If the layer composite 10 (semifinished product) is located, for example, between the tool halves, they are moved towards one another, ie closed, whereby the layer composite 10 is pressed, for example. That's it
  • Composite component a pressing member which is pressed by means of the pressing tool and thereby or subsequently formed by means of a forming tool.
  • the layer composite 10 may comprise a decorative layer 22, which is arranged on the cover layer 14 and, for example, connected to the cover layer 14.
  • the decorative layer 22 is arranged on a visible side 24 of the composite component.
  • a visible side is to be understood as a side which in the finished manufactured state of the vehicle is visually perceptible by observers of this occupant, in particular by occupants who are staying in the interior of the vehicle.
  • the decorative layer 22 can thus be used to create a total of an advantageous visual impression of the composite component.
  • the layer composite 10 may have a textile layer 26, which is arranged on one side of the cover layer 16 facing away from the visible side 24 or the decorative layer 22 and connected, for example, to the cover layer 16.
  • the textile layer 26 is formed, for example, of polyester.
  • a joining element 28 which for example consists of a
  • the joining element 28 by friction welding with one of the cover layers 14 and 16 and in the present case connected to the cover layer 16, so that the joining element 28 a
  • the joining element 28 is pressed onto the layer composite 10, in particular the cover layer 16, and vibrated, whereby energy is supplied.
  • the supplied energy must be so high that the plastic of the joining element 28 and optionally the plastic of the cover layer 16 melts and the joining element 28 at a contact surface with the layer composite 10, that is, the cover layer 16, connects.
  • the amount of energy supplied is composed of a normal force, with which the joining element 28 is pressed against the layer composite 10 during friction welding, and the frequency and the amplitude of the oscillation.
  • the amplitude is also referred to as welding amplitude, the frequency being referred to as the welding frequency.
  • the normal force is denoted by a force arrow F.
  • double arrows 30 in FIG. 2 illustrate the normal force arrow F.
  • thermoplastic foam core there is a fundamental risk that too high a normal force during friction welding the laminate 10 damaged. If the energy input or supplied is too high, then the cover layer 16 can
  • the joining of the joining element 28 with the laminate 10 by friction welding is desirable, since this the joining element 28 on particularly timely and cost-effective manner can be connected to the layer composite 10, so that overall cost-effective production of the vehicle can be realized.
  • the core layer 12 has a higher density in at least one partial region 32 has in the first portion 32 adjacent second portions 34, wherein the joining element 28 in the first portion 32 with the cover layer 16 through
  • Friction welding is connected.
  • This higher density in the first subregion 32 relative to the respective second subregion 34 is produced, for example, by the layer composite 10, in particular the core layer 12, in the context of the above
  • the core layer 12 has a higher density in the first partial region 32 than in the second partial regions 34, so that the core layer 12 has an increased compressive rigidity and compressive strength in the first partial region 32 compared to the second partial regions 34.
  • the necessary rigidity / counterforce of the foam can be generated not only by a local compression of the foam layer, but also by a
  • the core layer 12 As an alternative or in addition to the locally stronger pressing, it is conceivable, for example, to produce the core layer 12 by an extrusion process and thereby to vary the extrusion process in such a way that the core layer 12 in the first partial region 32 has the higher density compared to the second partial regions 34. Furthermore, it is conceivable to separate out a part of the core layer 12 after its production in the first partial region 32, whereby a recess is formed in the first partial region 32. In this recess, a foam body is then used, which is then arranged in the first portion 32. The foam body has a higher density than the second portions 34.
  • the joining element 28 is produced by injection molding, that is to say as an injection-molded component, so that the joining element 28 can be produced in a particularly timely and cost-effective manner.
  • injection molding that is to say as an injection-molded component
  • a counterpressure of the material of the core layer 12 opposing the normal force can be increased since the core layer 12 has a higher compressive strength in the first subregion 32
  • the increase in mechanical pressure properties of the thermoplastic foam core is due to the fact that the compression, for example, in the hot state during the
  • the foam core is at least almost on the
  • thermoplastic matrix of the cover layers 14 and 16 Melting temperature of the thermoplastic matrix of the cover layers 14 and 16 is heated. At this temperature, which is, for example, 160 degrees Celsius to 250 degrees Celsius, the PET foam core can be compressed without the cell walls of the
  • Foam structure can absorb higher forces through the material compression, whereby the pressure properties are increased locally. This allows a friction welding at a fairly high normal force, which is represented by the length of the force arrow F.
  • the energy to be injected for melting respective attachment surfaces with only a very small normal force is achieved by increasing the welding amplitude and / or welding frequency.
  • the welding amplitude is preferably at least substantially 1 millimeter.
  • welding frequency the normal force can be kept low, so that the risk that it comes to collapse of the laminate 10, can be kept particularly low.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für ein Fahrzeug, mit einer Kernschicht (12) aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum und wenigstens einer mit der Kernschicht (12) verbundenen Deckschicht (14, 16), wobei die Kernschicht (12) in einem Bereich eine höhere Dichte aufweist als die Dichte der Halbzeugkernschicht, wobei die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildete Deckschicht (14, 16) in dem Bereich höherer Dichte durch Reibschweißen mit wenigstens einem Fügeelement (28) verbunden ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils.

Description

Verbundbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum
Herstellen eines Verbundbauteils
Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere einen
Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
Ein solches Verbundbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils sind beispielsweise bereits aus der DE 10 2006 058 257 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Verbundbauteil weist eine Kernschicht auf, welche aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum gebildet ist. Mit anderen Worten ist die Kernschicht als Schaumelement ausgebildet, welches aus einem Kunststoff in Form eines Thermoplasten hergestellt ist. Das Verbundbauteil weist ferner wenigstens eine Deckschicht auf, welche mit der Kernschicht verbunden ist. Dies bedeutet, dass die Deckschicht auf der Kernschicht angeordnet ist, wobei sich die Deckschicht und die Kernschicht zumindest teilweise gegenseitig überlappen. Ferner sind die Kernschicht und die Deckschicht miteinander verpresst.
Im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Verbundbauteils wird die Deckschicht mit dem Kunststoffschaum verbunden, wobei die Kernschicht und die Deckschicht in ein Presswerkzeug eingebracht und mittels des Presswerkzeugs miteinander verpresst werden. Dadurch bilden die Deckschicht und die Kernschicht einen Schichtverbund des Verbundbauteils. Dabei ist es möglich, das Verbundbauteil als Sandwich-Verbundbauteil auszubilden, wobei auf einer der Deckschicht abgewandten Seite der Kernschicht wenigstens eine weitere Deckschicht angeordnet und mit der Kernschicht verbunden, insbesondere verpresst, sein kann.
Ferner offenbart die DE 20 2011 005 422 U1 eine Kunststoff karosserie aus mehreren in Sandwich-Bauweise gefügten Einzelteilen, die zumindest teilweise durch mehrere unterschiedliche Fügetechniken form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden und zu einer kompakten Fahrzeugkarosserie zusammengesetzt sind. Dabei bestehen zumindest einige der tragenden Einzelteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, und Hohlräume zwischen den Einzelteilen sind zumindest teilweise mit Schaumwerkstoff ausgefüllt. Ferner ist es vorgesehen, dass die Einzelteile im
Pyrolyseverfahren in Schalenbauweise vorgefertigt sind und der Kunststoff nach einer Imprägnierung an einzelnen geeigneten Stellen mechanisch zu bearbeiten ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbundbauteil sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine besonders kostengünstige Herstellung des Fahrzeugs realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verbundbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders kostengünstige Herstellung des Fahrzeugs realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß zunächst vorgesehen, dass das Verbundbauteil eine Kernschicht aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum und wenigstens eine mit der Kernschicht verbundene Deckschicht beinhaltet. Die Kernschicht weist weiterhin in einem Bereich eine höhere Dichte auf als die Dichte der Halbzeugkernschicht. Mit anderen Worten wird die Kernschicht aus einem thermoplastischen Ausgangsschaummaterial, der
Halbzeugkernschicht, geformt. Die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildete Deckschicht ist in dem Bereich höherer Dichte durch Reibschweißen mit wenigstens einem Fügeelement verbunden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Fügemethoden zum Verbinden eines Verbundbauteils, insbesondere dessen
Deckschicht, mit wenigstens einem Fügeelement üblicherweise auf das Kleben oder Schrauben begrenzen, da dadurch Beschädigungen des Verbundbauteils, insbesondere der Kernschicht, sowie unerwünschte Abzeichnungen auf wenigstens einer Oberfläche des Verbundbauteils vermieden werden können. Kleben und Schrauben sind jedoch kostenintensiv und zeitaufwendig, insbesondere aufgrund der erforderlichen apparativen Vorkehrungen oder der Erfordernis, separate Verbindungselemente verwenden zu müssen. Im Gegensatz dazu kann durch den Einsatz des Reibschweißens eine besonders kosten- und zeitgünstig herzustellende Verbindung zwischen der Deckschicht und dem Fügeelement realisiert werden. Der Aufbau und die höhere Dichte ermöglichen dabei die zeit- und kostengünstige Durchführung des Reibschweißens, da unerwünschte Beschädigungen und Abzeichnungen auf Oberflächen des Verbundbauteils sicher vermieden werden können.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Kernschicht in wenigstens einem ersten Teilbereich eine höhere Dichte als in wenigstens einem an den ersten Teilbereich angrenzenden zweiten Teilbereich und damit lokale Verdichtungen auf, die gezielt erzeugt werden. Die gegenüber dem zweiten Teilbereich höhere Dichte im ersten Teilbereich ist beispielsweise dadurch realisiert, dass das Verbundbauteil in dem ersten Teilbereich stärker als in dem an den ersten Teilbereich angrenzenden zweiten
Teilbereich verpresst ist. Durch das lokal begrenzte, stärkere Verpressen im Rahmen der Herstellung des Verbundbauteils können Beschädigungen des Verbundbauteils vermieden werden, da die Dichte der als Schaumkern ausgebildeten Kernschicht lokal erhöht wird, woraus gegenüber dem weniger stark verpressten zweiten Teilbereich eine Erhöhung der mechanischen Druckeigenschaften beziehungsweise Druckfestigkeit der Kernschicht, das heißt des thermoplastischen Kunststoffschaums, resultiert.
Üblicherweise sind die Schichten, insbesondere die Kernschicht, des Verbundbauteils gegenüber sehr hohem Druck und Temperatur empfindlich, was nun jedoch durch die lokal höhere Dichte, insbesondere durch das lokal stärkere Verpressen, vermieden werden kann. Da das Verbundbauteil jedoch nur lokal eine höhere Dichte aufweist beziehungsweise stärker verpresst ist, bleibt der Materialcharakter des Verbundbauteils über das gesamte Verbundbauteil hinweg betrachtet erhalten. Mit anderen Worten ist es möglich, durch die lokal höhere Dichte eine schadlose Verbindung zwischen dem
Verbundbauteil und dem Fügeelement in einfacher Weise zu erzielen. Durch die lokal höhere Dichte hält die Kernschicht auch sehr hohen Drücken gegenüber, wie sie beim Reibschweißen üblich sind, stand, sodass auf einfache Weise und örtlich sehr variabel eine Verbindung ermöglicht wird, ohne dass Beschädigungen auftreten.
Durch das lokal stärkere Verpressen des Verbundbauteils kann dieses ohne zusätzlichen Material-, Kosten- oder Zeitaufwand hergestellt und dabei belastungsgerecht ausgebildet werden, da die Drucksteif ig keit und die Druckfestigkeit lokal erhöht werden können. Mit anderen Worten ist es möglich, den ersten Teilbereich beziehungsweise jeweilige Teilbereiche, in denen das Verbundbauteil stärker verpresst wird als in anderen
Teilbereichen, zu ertüchtigen und dabei an lokal auftretende, hohe Belastungen anzupassen, wie sie beim Reibschweißen auftreten können. Somit ist es möglich, ein Eindrücken und ein Kollabieren des beispielsweise einen Sandwich-Verbund
darstellenden Verbundbauteils durch Außeneinflüsse, das heißt beim Reibschweißen, zu vermeiden. Ferner ist es möglich, eine besonders hohe Oberflächengüte des
Verbundbauteils zu schaffen, da Beeinträchtigungen der Oberfläche vermieden werden können.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Kernschicht vor dem Reibschweißvorgang durch Verpressen ganzflächig mit einer höheren Dichte als die Dichte der
Halbzeugkernschicht, also als die Dichte in ursprünglichem Zustand der Kernschicht, ausgebildet wird. Hiernach erfolgt das Reibschweißen wie geschildert. Diese
Ausgestaltung ist dann besonders günstig, wenn ein Verbundbauteil gewünscht ist, das zudem allseits auch außerhalb der Fügestellen druckfeste Eigenschaften besitzen soll. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, Teilflächen der Halbzeugkernschicht druckfest zu gestalten, die keine Fügestellen aufweisen sollen.
Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Fügeelement aus einem Kunststoff gebildet ist. Im Rahmen des Reibschweißens werden der Kunststoff des Fügeelements und/oder der Kunststoff der Deckschicht aufgeschmolzen, wodurch das Fügeelement fest mit der Deckschicht und somit dem Verbundbauteil insgesamt verbunden wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner gezeigt, wenn der Kunststoff der Deckschicht ein Thermoplast ist. Der Thermoplast der Deckschicht ist eine Matrix beziehungsweise eine Kunststoffmatrix und insbesondere eine thermoplastische Kunststoffmatrix, in welche Verstärkungsfasern zumindest teilweise eingebettet sind. Bei diesen Verstärkungsfasern handelt es sich bevorzugt um Glasfasern und/oder Naturfasern und/oder Karbonfasern beziehungsweise Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern, um dadurch beispielsweise eine besonders vorteilhafte Steifigkeit der Deckschicht und somit des Verbundbauteils insgesamt zu schaffen. Insbesondere können dadurch besonders vorteilhafte
mechanische Eigenschaften des Verbundbauteils realisiert werden. Dieser
Ausführungsform liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass die Kernschicht durch die thermoplastische Ausbildung der Deckschicht besonders gut geschützt werden kann, sodass durch das Reibschweißen bewirkte, unerwünschte Beeinträchtigungen des Verbundbauteils sicher vermieden werden können.
Durch die thermoplastische Ausbildung kann das Material sowohl der Deckschicht als auch des Fügeelements ohne weiteres aufgeschmolzen werden, wodurch diese stoffschlüssig miteinander verbunden werden können, ohne dabei die Kernschicht zu beschädigen. Das Reibschweißen kann beispielsweise mittels eines auf die beiden Fügepartner zu pressenden Stifts erfolgen und/oder durch das Fügeelement selbst.
Ferner hat es sich gezeigt, dass bei der Verwendung von thermoplastischen Materialien eine gewisse Wandstärke, insbesondere Mindestwandstärke, vorteilhaft ist, um
unerwünschte Abzeichnungen auf einer Oberfläche, insbesondere auf einer Sichtseite, des Verbundbauteils zu vermeiden. Unter der Sichtseite ist eine Seite oder eine
Oberfläche des Verbundbauteils zu verstehen, welche im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs von Betrachtern des Fahrzeugs, insbesondere von sich im Innenraum des Fahrzeugs aufhaltenden Insassen, optisch wahrnehmbar ist. Unter Abzeichnungen sind unerwünschte optische Beeinträchtigungen der Sichtseite zu verstehen, welche jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil vermieden werden können bei gleichzeitiger Realisierung der Möglichkeit, die Deckschicht mit dem Fügeelement durch
Reibschweißen zu verbinden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Thermoplast der Deckschicht Polypropylen (PP) ist. Die Deckschicht ist beispielsweise ein Vlies beziehungsweise aus einem Vliesstoff gebildet und kann insbesondere aus einem Hybrid-Vliesstoff gebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die Deckschicht aus einem Organoblech oder einem Hybridgewebe gebildet ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der thermoplastische
Kunststoffschaum der Kernschicht aus Polyethylenterephthalat (PET) gebildet. Mit anderen Worten ist die Kernschicht vorzugsweise ein PET-Schaumkern, dessen Dichte und somit mechanische Druckeigenschaften, insbesondere durch das lokal stärkere Verpressen, besonders vorteilhaft lokal erhöht werden können.
Die Anbindung der Deckschicht an die Kernschicht kann durch wenigstens eine zwischen der Kernschicht und der Deckschicht angeordnete Schmelzschicht erfolgen oder aber durch einen reaktiven Klebstoff, durch welchen eine von der Deckschicht und Kernschicht unterschiedliche, zusätzlich dazu vorgesehene Schicht gebildet ist. Die zuvor genannte Schmelzschicht ist beispielsweise durch den aufgeschmolzenen Kunststoff der
Deckschicht gebildet.
Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders kostengünstige Herstellung des Fahrzeugs realisieren lässt, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildete Deckschicht mit wenigstens einem Fügeelement durch Reibschweißen verbunden wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbundbauteils sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Um durch das Reibschweißen bewirkte, unerwünschte Beschädigungen und/oder Abzeichnungen auf einer Oberfläche des Verbundbauteils zu vermeiden, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kernschicht in wenigstens einem ersten Teilbereich mit einer höheren Dichte als in wenigstens einem an den ersten Teilbereich angrenzenden zweiten Teilbereich ausgebildet wird, wobei die Deckschicht in dem ersten Teilbereich durch Reibschweißen mit dem Fügeelement verbunden wird.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Verbundbauteil in dem ersten Teilbereich stärker als in dem zweiten Teilbereich verpresst wird, wobei nach dem Verpressen die Deckschicht in dem ersten Teilbereich durch Reibschweißen mit dem Fügeelement verbunden wird. Es wurde gefunden, dass die beispielsweise sehr dünne und ein
Flächengewicht von 100 bis 500 Gramm pro Quadratmetern aufweisende Deckschicht die empfindliche und beispielsweise eine Dichte zwischen 50 und 200 Kilogramm pro
Kubikmetern aufweisende Kernschicht bei üblichen Parametern des
Reibschweißprozesses gegebenenfalls nicht schützen kann, da die Kernschicht unter der eingesetzten Normalkraft während des Reibschweißens kollabieren könnte oder sich die Fügestelle aufgrund des hohen Schweißdruckes auf der Sichtseite des Verbundbauteils abzeichnen würde. Derartige Abzeichnungen und Beschädigungen des Verbundbauteils können nun auch bei Verwendung einer sehr dünnen Deckschicht vermieden werden, da das Verbundbauteil lokal, das heißt im ersten Teilbereich eine höhere Dichte als im zweiten Teilbereich aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu der lokal höheren Dichte kann das Verbundbauteil mit dem vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildeten Fügeelement durch Erhöhung der Schweißamplitude und/oder der Schweißfrequenz durch
Reibschweißen verbunden werden, da dann die beim Reibschweißen auf das
Verbundbauteil wirkende Normalkraft und somit die Gefahr, dass die Kernschicht kollabiert, besonders gering gehalten werden können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Reibschweißen mit einer Schweißamplitude von 1 Millimeter durchgeführt wird. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kernschicht beim Verpressen eine Temperatur aufweist, welche zumindest nahezu der Verarbeitungstemperatur des Kunststoffs der Deckschicht entspricht. Hierdurch lässt sich die Kernschicht stauchen, ohne dass
Zellwände der Kernschicht brechen oder Aufschmelzen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Temperatur in einem Bereich von 160 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius liegt.
Vorzugsweise wird als der Kunststoff der Deckschicht ein Thermoplast verwendet, welcher insbesondere Polypropylen (PP) sein kann. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der thermoplastische Kunststoffschaum aus
Polyethylenterephtelat (PET) gebildet ist, so dass die Kernschicht als PET-Schaumkern ausgebildet ist. PET ist bei Temperaturen über 140°C in einem erweichten Zustand und kann damit plastisch verformt werden. Erst bei Erreichen des Schmelzpunktes über 250°C beginnt das Aufschmelzen von PET, während PP bereits bei 160°C schmilzt. Diese Materialkombination ist damit besonders vorteilhaft, da zwischen 160°C und 250°C der Thermoplast der Deckschicht geschmolzen ist und der Kern plastisch verformbar ist, ohne dass die Schaumstruktur zerstört wird. Damit ergibt sich für den Herstellprozess ein großer nutzbarer Temperaturbereich. Zudem wird die Prozesssicherheit beim Schweißen erhöht, wenn die Schmelztemperatur des Kerns deutlich höher liegt als die
Schmelztemperatur der Deckschicht.
Zusätzlich oder alternativ zu dem gegenüber dem zweiten Teilbereich stärkeren
Verpressen der Kernschicht im ersten Teilbereich kann vorgesehen sein, dass die Kernschicht durch ein Extrusionsverfahren hergestellt wird, wobei die lokal höhere Dichte im ersten Teilbereich beispielsweise durch Variierung des Extrusionsverlaufs der
Kernschicht bei deren Herstellung eingestellt wird. Denkbar ist es ebenfalls, aus der Kernschicht partiell, das heißt im ersten Teilbereich, ein Teil herauszutrennen, insbesondere auszuschneiden, woraus eine Ausnehmung beziehungsweise eine Lücke im ersten Teilbereich resultiert. In die Ausnehmung, das heißt in den ersten Teilbereich wird dann ein Schaumkörper eingefügt, welcher eine höhere Dichte als die übrige Kernschicht, das heißt als der sich an den Schaumkörper anschließende zweite
Teilbereich aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch ein Verbundbauteil für ein
Fahrzeug, mit einer Kernschicht aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum und wenigstens einer mit der Kernschicht verbundenen Deckschicht, wobei die Kernschicht in wenigstens einem ersten Teilbereich eine höhere Dichte als in wenigstens einem an den ersten Teilbereich angrenzenden, zweiten Teilbereich aufweist, und wobei die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildete Deckschicht in dem ersten
Teilbereich durch Reibschweißen mit wenigstens einem Fügeelement verbunden wird; und
Fig. 2 eine weitere schematische Schnittansicht durch das Verbundbauteil, welches mit jeweiligen Fügeelementen durch Reibschweißen verbunden wird.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Verbundbauteil in Form eines Sandwich-Verbundbauteils, welches aus einem mit 10 bezeichneten Schichtverbund hergestellt ist. Der Schichtverbund 10 und somit das Verbundbauteil umfassen eine Kernschicht 12 aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum. Vorzugsweise ist die Kernschicht 12 aus Polyethylenterephthalat (PET) und somit als PET-Schaumkern ausgebildet. Der Schichtverbund 10 umfasst ferner jeweilige Deckschichten 14 und 16, zwischen welchen die Kernschicht 12 angeordnet ist. Die jeweilige Deckschicht 14 beziehungsweise 16 ist aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet, wobei der Kunststoff der Deckschicht 14 beziehungsweise 16 vorzugsweise ein Thermoplast und insbesondere Polypropylen (PP) ist. Der Kunststoff der jeweiligen Deckschicht 14 beziehungsweise 16 ist somit eine Matrix oder ein Matrixwerkstoff, in welche
beziehungsweise welchen Verstärkungsfasern eingebettet sind. Bei diesen
Verstärkungsfasern handelt es sich vorzugsweise um Glasfasern, Naturfasern,
Aramidfasern und/oder Karbonfasern. Die jeweilige Deckschicht 14 beziehungsweise 16 kann beispielsweise aus einem Hybrid-Vliesstoff, Organoblech oder Hybridgewebe gebildet sein.
Zwischen der jeweiligen Deckschicht 14 beziehungsweise 16 und der Kernschicht 12 ist wenigstens eine Bindeschicht 18 beziehungsweise 20 angeordnet, über welche die jeweilige Deckschicht 14 beziehungsweise 16 mit der Kernschicht 12 verbunden ist. Die jeweilige Bindeschicht 8 beziehungsweise 20 wird auch als Schmelzschicht bezeichnet, da sie beispielsweise beim Herstellen des Verbundbauteils beziehungsweise des Schichtverbundes 10 verflüssigt beziehungsweise aufgeschmolzen wird. Die jeweilige Bindeschicht 18 beziehungsweise 20 ist beispielsweise durch den Kunststoff der jeweiligen Deckschicht 1 beziehungsweise 16 oder durch einen zusätzlich vorgesehenen Kunststoff oder aber aus einem Klebstoff, insbesondere reaktivem Klebstoff, gebildet, welcher zusätzlich zu dem jeweiligen Kunststoff der Deckschichten 14 und 16 und der Kernschicht 12 vorgesehen ist. Über die jeweilige Bindeschicht 18 erfolgt die Anbindung der Deckschichten 14 und 16 an die Kernschicht 12.
Insgesamt ist aus Fig. 1 erkennbar, dass durch den Schichtverbund 10 ein Sandwich- Verbund mit thermoplastischem Schaumkern und faserverstärkten thermoplastischen Deckschichten 14 und 16 gebildet ist. Beispielsweise wird aus dem Schichtverbund 0 ein Verkleidungsteil, insbesondere Innenverkleidungsteil, eines Fahrzeugs wie beispielsweise eines Kraftwagens und insbesondere eines Personenkraftwagens hergestellt.
Der Schichtverbund 10 wird beispielsweise als Halbzeug in ein Presswerkzeug
eingebracht, welches zwei Werkzeug hälften umfasst. Die Werkzeughälften sind beispielsweise gegenüberliegend angeordnet und aufeinander zu und voneinander weg bewegbar. Befindet sich der Schichtverbund 10 (Halbzeug) beispielsweise zwischen den Werkzeughälften, so werden diese aufeinander zu bewegt, das heißt geschlossen, wodurch der Schichtverbund 10 beispielsweise verpresst wird. Dadurch ist das
Verbundbauteil ein Pressbauteil, welches mittels des Presswerkzeugs verpresst und dabei oder aber nachfolgend mittels eines Umformwerkzeugs umgeformt wird.
Optional kann der Schichtverbund 10 eine Dekorschicht 22 umfassen, welche auf der Deckschicht 14 angeordnet und beispielsweise mit der Deckschicht 14 verbunden ist. Die Dekorschicht 22 ist auf einer Sichtseite 24 des Verbundbauteils angeordnet. Unter einer solchen Sichtseite ist eine Seite zu verstehen, welche im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs von Betrachtern dieses, insbesondere von sich im Innenraum des Fahrzeugs aufhaltenden Insassen, optisch wahrnehmbar ist. Durch die Dekorschicht 22 kann somit ein vorteilhafter optischer Eindruck des Verbundbauteils insgesamt geschaffen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schichtverbund 10 eine Textilschicht 26 aufweisen, welche auf einer der Sichtseite 24 beziehungsweise der Dekorschicht 22 abgewandten Seite der Deckschicht 16 angeordnet und beispielsweise mit der Deckschicht 16 verbunden ist. Die Textilschicht 26 ist beispielsweise aus Polyester gebildet.
In Fig. 1 ist auch ein Fügeelement 28 gezeigt, welches beispielsweise aus einem
Kunststoff gebildet ist. Wie im Folgenden noch genauer beschrieben wird, wird das Fügeelement 28 durch Reibschweißen mit einer der Deckschichten 14 und 16 und vorliegend mit der Deckschicht 16 verbunden, sodass das Fügeelement 28 ein
Kunststoffschweißteil ist. Mit anderen Worten wird das Fügeelement 28 auf den
Schichtverbund 10 aufgeschweißt, ohne dass es hierbei zu unerwünschten
Beschädigungen des Schichtverbundes 10 kommt.
Im Rahmen des Reibschweißens wird das Fügeelement 28 auf den Schichtverbund 10, insbesondere die Deckschicht 16, aufgepresst und in Schwingung versetzt, wodurch Energie zugeführt wird. Die zugeführte Energie muss dabei so hoch sein, dass der Kunststoff des Fügeelements 28 und optional der Kunststoff der Deckschicht 16 schmilzt und sich das Fügeelement 28 an einer Kontaktfläche mit dem Schichtverbund 10, das heißt der Deckschicht 16, verbindet. Die Menge der zugeführten Energie setzt sich aus einer Normalkraft, mit welcher das Fügeelement 28 beim Reibschweißen gegen den Schichtverbund 10 gepresst wird, und der Frequenz sowie der Amplitude der Schwingung zusammen. Die Amplitude wird dabei auch als Schweißamplitude bezeichnet, wobei die Frequenz als Schweißfrequenz bezeichnet wird. In Fig. 2 ist die Normalkraft mit einem Kraftpfeil F bezeichnet. Ferner veranschaulichen Doppelpfeile 30 in Fig. 2 die
Schweißamplitude und/oder die Schweißfrequenz. Eine Erhöhung der Normalkraft sowie eine Erhöhung der Frequenz und/oder der Amplitude der Schwingung führen zu einer Erhöhung der zugeführten Energiemenge.
Bei Sandwich-Verbundbauteilen, speziell bei Sandwich-Verbundbauteilen mit
thermoplastischem Schaumkern, besteht grundsätzlich die Gefahr, dass eine zu hohe Normalkraft beim Reibschweißen den Schichtverbund 10 beschädigt. Ist die eingetragene beziehungsweise zugeführte Energie zu hoch, so kann die Deckschicht 16
aufgeschmolzen werden. In der Folge kann das Fügeelement 28 ungesteuert in den Schichtverbund 10 eindringen und diesen beschädigen. Dieses Versagensbild kann ebenfalls dadurch zustande kommen, dass eine auf den Schichtverbund 10 wirkende und der Normalkraft entgegengesetzte Gegenkraft zu gering ist und die belastete Kernschicht 12 kollabiert. Ein weiteres Versagensbild ist, dass es auf der Sichtseite 24 zu
unerwünschten Abzeichnungen kommt. Unter einer solchen Abzeichnung ist
beispielsweise ein unerwünschter Glanz oder eine unerwünschte Verformung auf der Sichtseite 24 und insbesondere auf der Oberfläche der Dekorschicht 22 zu verstehen, wobei eine solche Abzeichnung ebenfalls durch zu hohe Normalkraft bewirkt werden kann.
Das Verbinden des Fügeelements 28 mit dem Schichtverbund 10 durch Reibschweißen ist jedoch wünschenswert, da hierdurch das Fügeelement 28 auf besonders zeit- und kostengünstige Weise mit dem Schichtverbund 10 verbunden werden kann, sodass insgesamt eine kostengünstige Herstellung des Fahrzeugs realisiert werden kann.
Um nun das Fügeelement 28 mit dem Schichtverbund 10 durch Reibschweißen zu verbinden und dabei unerwünschte Beschädigungen des Schichtverbunds 10 zu vermeiden, ist es - wie aus Fig. 2 erkennbar ist - beispielsweise vorgesehen, dass die Kernschicht 12 in wenigstens einem Teilbereich 32 eine höhere Dichte als in sich an den ersten Teilbereich 32 angrenzenden zweiten Teilbereichen 34 aufweist, wobei das Fügeelement 28 in dem ersten Teilbereich 32 mit der Deckschicht 16 durch
Reibschweißen verbunden ist. Diese gegenüber dem jeweiligen zweiten Teilbereich 34 höhere Dichte im ersten Teilbereich 32 wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass der Schichtverbund 10, insbesondere die Kernschicht 12, im Rahmen des zuvor
beschriebenen Pressens im ersten Teilbereich 32 stärker als in den zweiten Teilbereichen 34 verpresst wird. Durch dieses lokal stärkere Verpressen weist die Kemschicht 12 im ersten Teilbereich 32 eine höhere Dichte als in den zweiten Teilbereichen 34 auf, sodass die Kernschicht 12 gegenüber den zweiten Teilbereichen 34 im ersten Teilbereich 32 eine erhöhte Drucksteif ig keit und Druckfestigkeit aufweist. Somit kann die Gefahr, dass die Kernschicht 12 beim Reibschweißen kollabiert, besonders gering gehalten werden. Die notwendige Steifigkeit/Gegenkraft des Schaumes kann nicht nur durch ein lokales Verpressen der Schaumschicht erzeugt werden, sondern ebenfalls durch eine
ganzflächige Verpressung. Hierzu findet eine Dichteerhöhung des Schaumes über die gesamte Bauteildicke statt. Zweckmäßig hat sich beispielsweise erwiesen, einen
Schaumkern bzw. Kernschicht 12 mit einer Ursprungsdicke von 3 mm und einer
Raumdichte von 65kg/m3 auf ca. 2mm zu verpressen. Ebenfalls hilft diese stärkere bauteilübergreifende Verpressung zur Konsolidierung der Deckschichten.
Alternativ oder zusätzlich zu dem lokal stärkeren Verpressen ist es beispielsweise denkbar, die Kernschicht 12 durch ein Extrusionsverfahren herzustellen und dabei das Extrusionsverfahren derart zu variieren, dass die Kernschicht 12 im ersten Teilbereich 32 die gegenüber den zweiten Teilbereichen 34 höhere Dichte aufweist. Ferner ist es denkbar, aus der Kernschicht 12 nach ihrer Herstellung im ersten Teilbereich 32 einen Teil herauszutrennen, wodurch im ersten Teilbereich 32 eine Ausnehmung gebildet wird. In diese Ausnehmung wird dann ein Schaumkörper eingesetzt, welcher dann im ersten Teilbereich 32 angeordnet ist. Der Schaumkörper weist dabei eine höhere Dichte als die zweiten Teilbereiche 34 auf. Vorzugsweise ist das Fügeelement 28 durch Spritzgießen hergestellt, das heißt als Spritzgussbauteil ausgebildet, sodass das Fügeelement 28 besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann. Durch die bezogen auf die Bildebene von Fig. 2 auf der linken Seite gezeigte, lokal stärkere beziehungsweise höhere Verpressung des Schichtverbunds 10 kann ein der Normalkraft entgegenstehender Gegendruck des Werkstoffes der Kernschicht 12 erhöht werden, da die Kernschicht 12 im ersten Teilbereich 32 eine höhere Druckfestigkeit und Drucksteifigkeit aufweist als in den zweiten Teilbereichen 34. Die Steigerung der mechanischen Druckeigenschaften des thermoplastischen Schaumkerns ist darin begründet, dass die Verpressung beispielsweise im heißen Zustand während der
Bauteilherstellung erfolgt. Hierbei wird der Schaumkern zumindest nahezu auf die
Schmelztemperatur der thermoplastischen Matrix der Deckschichten 14 und 16 erwärmt. Bei dieser Temperatur, welche beispielsweise 160 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius beträgt, lässt sich der PET-Schaumkern stauchen, ohne dass Zellwände des
Schaumkerns brechen oder aufschmelzen. Die somit plastisch gestauchte
Schaumstruktur kann durch die Materialverdichtung höhere Kräfte aufnehmen, wodurch die Druckeigenschaften lokal gesteigert werden. Dies ermöglicht eine Reibschweißung bei einer recht hohen Normalkraft, was durch die Länge des Kraftpfeils F dargestellt ist.
Auf der rechten Seite von Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit veranschaulicht,
unerwünschte Beschädigungen des Schichtverbunds 10 beim Reibschweißen zu vermeiden. Die einzutragende Energie zum Aufschmelzen jeweiliger Anbindungsflächen bei nur sehr geringer Normalkraft erfolgt durch eine Erhöhung der Schweißamplitude und/oder Schweißfrequenz. Dabei beträgt die Schweißamplitude vorzugsweise zumindest im Wesentlichen 1 Millimeter. Durch Erhöhung der Schweißamplitude und/oder
Schweißfrequenz kann die Normalkraft gering gehalten werden, sodass die Gefahr, dass es zum Kollabieren des Schichtverbundes 10 kommt, besonders gering gehalten werden kann.

Claims

Patentansprüche
Verbundbauteil für ein Fahrzeug, mit einer Kernschicht (12) aus einem
thermoplastischen Kunststoffschaum und wenigstens einer mit der Kernschicht (12) verbundenen Deckschicht (14, 16),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernschicht (12) in einem Bereich eine höhere Dichte aufweist als die Dichte der Halbzeugkernschicht, wobei die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildete Deckschicht (14, 16) in dem Bereich höherer Dichte durch Reibschweißen mit wenigstens einem Fügeelement (28) aus Kunststoff verbunden ist.
Verbundbauteil nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kunststoff der Deckschicht (14, 16) ein Thermoplast, vorzugsweise Polypropylen ist, und
dass der thermoplastische Kunststoffschaum der Kernschicht (12) aus
Polyethylenterephthalat (PET) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils für ein Fahrzeug, bei welchem eine Kernschicht (12) aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum mit wenigstens einer Deckschicht (14, 16) verbunden wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildete Deckschicht (16) mit wenigstens einem Fügeelement (28) durch Reibschweißen verbunden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernschicht (12) durch Verpressen vor dem Reibschweißvorgang in einem Bereich mit einer höheren Dichte als die Dichte der Halbzeugkernschicht ausgebildet wird, wobei die Deckschicht (16) in dem Bereich höherer Dichte durch Reibschweißen mit dem Fügeelement (28) verbunden wird.
5. Verfahren nach einem Ansprüche 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernschicht (12) einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als der
Thermoplastanteil der Deckschicht (14,16) aufweist.
6. Verfahren nach einem Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reibschweißen mit einer Schweißamplitude von 1 Millimeter durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernschicht (12) mit der Deckschicht (14, 16) verpresst wird und beim
Verpressen eine Temperatur aufweist, welche zumindest nahezu der
Verarbeitungstemperatur des Kunststoffes der Deckschicht (14, 16) entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Materialkombination PP der Deckschicht (14, 16) mit PET der Kernschicht (12) die Temperatur in einem Bereich von 160 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius liegt.
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