-
Die
Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil mit einem Schichtaufbau
und dessen Herstellungsverfahren.
-
Zur
Gewichtsreduzierung im Kraftfahrzeugbau ist bekannt, Komponenten
und Verkleidungsstrukturen für den Innenraum nach dem Formpressverfahren
beispielsweise mit einem Polyurethanwerkstoff und Naturfasermatten
mit geringem Flächengewicht herzustellen. Ferner ist bekannt,
dass etwa Papierwaben und Glasfasermatten leichte Sandwichkombinationen
mit hoher Steifigkeit bilden, die beispielsweise als Hutablagen,
Ladeböden und Schiebehimmel Verwendung finden. Zur Herstellung solcher
Sandwichkombinationen ist beispielsweise das BayPregverfahren® bekannt.
-
Auch
in der
DE 10 2007
046 187 A1 ist ein Dachmodul für Kraftfahrzeuge
mit einer Außenhaut, einer daran anschließenden
Materiallage und einer Spacer-Schicht sowie einem randumlaufenden Kunststoffmaterial,
also mit einem Schichtaufbau bekannt. Die Herstellung erfolgt in
einem Werkzeug, in dem die Außenhaut in das Werkzeug eingelegt
wird, die anschließende Materiallage auf die freiliegende Oberfläche
der Außenhaut aufgebracht wird, danach wird die vorgefertigte
Spacer-Schicht passgenau auf die freiliegende Oberfläche
der Materiallage eingebracht und schließlich wird das randumlaufende Kunststoffmaterial
auf die noch freiliegende Oberfläche der Materiallage um
die Spacer-Schicht aufgebracht. Nachdem die Schichtung derart erfolgt
ist, wird das Werkzeug geschlossen und mit einer Temperatur von
25 bis 140°C beaufschlagt. Die Spacer-Schicht kann dabei
sukzessive in dem Werkzeug geschaffen werden, indem zunächst
Polyurethansystemkomponenten auf die Materiallage eingebracht werden,
eine Kernschicht auf einer mit Glasfasern beschichteten Pappwabe,
die das Eindringen der Polyurethansystemkomponenten in die Pappwaben
verhindern, eingebracht wird und danach erneut Polyurethansystemkomponenten
auf die Kernschicht eingebracht werden, woraufhin die Polyurethansystemkomponenten
reagieren gelassen werden, bevor das randumlaufende Kunststoffmaterial
eingebracht wird.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein
Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung eines Karosseriebauteils
mit einem Schichtaufbau zur Gewichtsreduzierung mit verbesserter
Steifigkeit bereitstellt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Ferner
wird mit dem Schichtaufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ein
Schichtaufbau für ein Karosseriebauteil offenbart, der
für die Herstellung eines Karosseriebauteils geeignet ist
und für dieses eine verbesserte Steifigkeit bereitstellt.
-
Weiterbildungen
des Verfahrens und des Schichtaufbaus sind in den Unteransprüchen
ausgeführt.
-
Eine
erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren
für ein Karosseriebauteil in Schichtbauweise, dessen Schichtaufbau
zumindest eine Steifigkeit verleihende Kernschicht, die zwischen
zwei Dämpfungsschichten gesandwicht ist, und eine Außenhautschicht
umfasst, die die optisch sichtbare Schicht des Karosseriebauteils
bildet. Verfahrensgemäß erfolgt zunächst
das Einbringen einer Profilstruktur in eine oder beide Oberflächen
der Kernschicht, woraufhin das Formen der oberflächenstrukturierten
Kernschicht gemäß eines Krümmungsverlaufs
des Karosseriebauteils erfolgt. In einem nächsten Schritt
werden eine innere Dämpfungsschicht und eine äußere
Dämpfungsschicht auf die geformte und oberflächenstrukturierte
Kernschicht aufgebracht. Schließlich wird in einem letzten
Schritt die Außenhautschicht, die gemäß dem
Krümmungsverlauf der Karosseriebauteils vorgeformt wurde,
auf der äußeren Dämpfungsschicht angeordnet
und damit verbunden.
-
Durch
die in die Kernlage eingebrachte Profilstruktur wird die Steifigkeit
erhöht. Somit können durch dieses Verfahren mit
der Außenhautschicht lackierfähige Class-A-Oberflächen
für den Exterieurbereich geschaffen werden.
-
Das
Einbringen der Profilstruktur kann dabei durch Einwalzen der Profilstruktur
in die Oberfläche der Kernschicht, die von einer endlos
Kernschichtlage etwa einem Coil abgewickelt wird, erfolgen, wobei beispielsweise
eine Konturenwalze zum Einsatz kommen kann.
-
Alternativ
kann das Einbringen der Profilstruktur auch durch Thermoformen erfolgen,
insbesondere wenn es sich um Zuschnitte der Kernschicht handelt,
die dann in ein Thermoformwerkzeug eingelegt werden können.
So kann das Zuschneiden der Kern schicht gemäß den
Abmessungen des Karosseriebauteils entweder vor oder nach dem Einbringen der
Profilstruktur stattfinden.
-
Generell
ist natürlich nicht ausgeschlossen, dass auch Kernschichtzuschnitte
eine Konturenwalze passieren, um die Profilstruktur in die Oberfläche einzubringen.
Erfolgt hingegen das Einbringen der Profilstruktur durch Thermoformen
in einem Thermoformwerkzeug, so kann hier gleichzeitig vorteilhaft auch
das Formen der Kernschicht gemäß dem Krümmungsverlauf
der Karosseriebauteils stattfinden.
-
Das
Aufbringen der Dämpfungsschichten auf die Kernschicht kann
nach verschiedenen Alternativen erfolgen, je nachdem, was als Dämpfungsschicht verwendet
wird. Wird die Dämpfungsschicht durch ein Kunststoffmaterial
wie etwa durch einen Urethanschaum gebildet, so wird zunächst
die geformte oberflächenstrukturierte Kernschicht in ein
Formpresswerkzeug eingelegt, in das beidseitig das Kunststoffmaterial,
also oberhalb und unterhalt der Kernschicht, eingeleitet wird. Dabei
handelt es sich vorzugsweise um Materialkomponenten, die den Polyurethanschaum
in Formpresswerkzeugen bilden, so dass bei Verfestigung des Schaums
ein Verbund mit der Kernschicht hergestellt wird.
-
Alternativ
dazu, wenn die Dämpfungsschichten durch Verstärkungsfasermatten
wie etwa Glasfasermatten gebildet werden, kann das Aufbringen der Dämpfungsschichten
das Einlegen der geformten und oberflächenstrukturierten
Kernschicht zwischen zwei Verstärkungsfasermatten in ein
Formpresswerkzeug umfassen, wobei ein Verbund der Dämpfungsschichten
mit der Kernschicht durch die Ausbildung einer Kunststoffmatrix
um die Verstärkungsfasermatten bereitgestellt wird. Dies
kann entweder durch beidseitiges Einleiten eines Kunststoffmaterials,
das insbesondere ein Epoxy- oder Polyesterharz oder ein thermoplastisches
Kunststoffmaterial sein kann, erfolgen. Es kann sich bei den Verstärkungsfasermatten
aber auch um Hybridfasermatten handeln, die einen Kunststofffaseranteil
aufweisen, der bei thermischer Beaufschlagung schmilzt und die Matrix bildet.
Es ist aber auch denkbar, dass die Dämpfungsschicht lediglich
durch die Verstärkungsfasermatten gebildet wird, die dann
durch ein beidseitiges Aufbringen einer Klebeschicht an der Kernschicht
befestigt werden.
-
Zum
Aufbau eines einfachsten Schichtaufbaus folgt nun ein Schritt des
Anordnens der vorgeformten Außenhautschicht auf der äußeren
Dämpfungsschicht, wobei ein Verbinden derselben vorzugsweise
durch Verkleben erfolgen kann. Ist jedoch vorgesehen, dass der Schichtaufbau
für das Karosseriebauteil noch mehr Schichten aufweist,
so kann vor der Anordnung der Außenhautschicht auf der äußeren
Dämpfungsschicht eine Kaschierungs schicht angeordnet werden,
alternativ oder zusätzlich kann an der Kernschicht abgewandten
Seite der inneren Dämpfungsschicht noch eine Innenverkleidungsschicht
angeordnet werden. Benachbarte Schichten können jeweils
verklebt werden.
-
Ferner
bezieht sich die Erfindung auf ein Karosseriebauteil, das einen
Schichtaufbau aufweist. Der Schichtaufbau umfasst eine zwischen
zwei Dämpfungsschichten angeordnete Kernschicht und eine
Außenhautschicht Wenigstens eine der Oberflächen
der Kernschicht, an der eine der Dämpfungsschichten angeordnet
ist, zeigt eine Profilstruktur auf, die etwa ein Wellen-, Trapez-
und/oder Kegelstumpfprofil sein kann. Die in der Oberfläche
der Kernschicht dadurch gebildeten Mulden sind lediglich teilweise
mit dem Material der Dämpfungsschicht gefüllt,
so dass zwischen der Kernschicht und der Dämpfungsschicht
geschlossene Hohlräume vorliegen. Ein so geschaffener Schichtaufbau
verleiht einem damit aufgebauten Karosseriebauteil bei verringertem
Gewicht eine verbesserte Steifigkeit.
-
Es
können auch beide Oberflächen der Kernschichten
mit der Profilstruktur ausgebildet sein. In weiteren Ausführungsformen
kann der Schichtaufbau weitere Schichten aufweisen, so kann eine
Kaschierungsschicht, die zwischen der Außenhautschicht
und der äußeren Dämpfungsschicht vorliegt und
aus einem Material besteht, das thermische und dynamische Einflüsse
dämpft und/oder absorbiert und das schubaufnehmendes Material
ist, angeordnet werden, um so die Sicherheitsanforderungen an einem
Karosseriebauteil zu verbessern.
-
Falls
es sich bei dem Karosseriebauteil etwa um ein Dach handelt, so kann
zudem eine Innenverkleidungsschicht vorgesehen sein, die sich an
die innere Dämpfungsschicht anschließt.
-
Zwischen
benachbarten Schichten kann bei Bedarf jeweils eine Klebeschicht
vorgesehen sein. Bei der Materialwahl für den Schichtaufbau
kommt für die Kernschicht etwa eine Wabenstruktur auf einem
zellstoffhaltigen Material aus Aluminium oder einem Kunststoff in
Frage. Bei der Kernschicht kann es sich aber auch um einen Kunststoffschaum
handeln.
-
Die
Dämpfungsschichten können aus einem Polyurethanschaum
gebildet werden, sie können aber auch durch eine Verstärkungsfasermatte
wie eine Glasfasermatte mit oder ohne Kunststoffmatrix gebildet
sein. Die Außenhautschicht stellt eine oberste Schicht,
die optisch erfassbar ist bereit, und kann dazu ein lackiertes oder
unlackiertes Aluminium- oder Edelstahl-Dünnblech sein,
die Außenhaut kann durch eine Lack- und/oder Folienschicht
gebildet sein, wobei sie bevorzugt eine lackierte thermogeformte
oder gespritzte Kunststofffolienschicht sein kann.
-
Die
Kaschierungsschicht kann aus einem Vlies- oder Schaummaterial bestehen,
bei der Innenverkleidungsschicht kann es sich wie bei der Außenhautschicht
um ein Aluminium- oder Edelstahl-Dünnblech handeln, es
kann auch eine Lackschicht, eine weitere Kaschierungsschicht oder
eine Textilschicht zum Einsatz kommen, es können auch,
mehrere der genannten Schichten in Kombination verwendet werden.
-
Die
genannten und weiteren Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
-
Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des
Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform der Erfindung.
-
Dabei
zeigen:
-
1 einen
erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit voneinander
getrennten Schichten,
-
2 eine
perspektivische Ansicht auf einen schematischen Schichtaufbau nach
einer weiteren Ausführungsform,
-
3 Querschnittansichten
verschiedener Profilstrukturen.
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein optisch sichtbares Karosseriebauteil
wie beispielsweise ein Dachmodul. Dieses wird durch ein erfindungsgemäßes
Verfahren hergestellt und kann aus Schichtaufbauten 10,
wie sie in 1 und 2 skizziert
sind, bestehen und für das Karosseriebauteil eine Gewichtsreduzierung
mit verbesserter Steifigkeit erbringen.
-
Der
Schichtaufbau 10, sowohl in 1 als auch
in 2, enthält eine Kernschicht 1,
die durch Einwalzen einer Profilstruktur 1' in einem Endlosprozess
von einem Coil der Kernschichtlage hergestellt werden kann, wobei
die Walzstruktur der Kernschicht 1 Steifigkeit verleiht.
Geeignete Profilstrukturen 1' sind in 3 skizziert
und umfassen eine Wellenform 1', Trapezform 1' und
eine Kegelstumpfform 1' mit verschiedenen Neigungen und Öffnungswinkeln.
-
Nach
einem Zuschnitt gemäß den Abmessungen des Karosseriebauteils,
das in Schichtbauweise hergestellt werden soll, wird die Kernschicht durch
Thermoformen oder Prägen der Form dem Bauteil angepasst.
-
Alternativ
dazu können auch Zuschnitte der Kernschicht in einem Werkzeug
mit der Oberflächenprofilierung und der Krümmung
versehen werden. Durch die Schaffung der vorgeformten Kernschicht mittels
Thermoformen beziehungsweise Thermoprägen kann eine Schädigung
der Kernlagenstruktur, wie sie bei kaltgeprägten Kernlagen
auftreten kann, vermieden werden.
-
Die
Kernschicht 1, die aus einem Kunststoffschaum oder einer
Wabenstruktur aus Aluminium, einem zellstoffbasierten Material oder
Kunststoff bestehen kann, wird zwischen zwei Dämpfungsschichten 2, 2' gesandwicht.
Bei den Dämpfungsschichten 2, 2' kann
es sich um Polyurethanschaum handeln, es kann sich aber auch um
eine Glasmatte mit oder ohne Kunststoffmatrix und eventuell mit
Klebeschicht handeln. Soll ein Polyurethanschaum gebildet werden,
so wird die Kernschicht 1 in ein geeignetes Formpresswerkzeug
eingelegt und die Materialkomponenten, die den Polyurethanschaum
ausbilden, von oben und unten beidseitig der Kernschicht eingeleitet.
Der Schaum verfestigt sich, bildet die Dämpfungsschichten 2, 2' aus
und verklebt mit der Kernschicht.
-
Bei
der Bildung der Dämpfungsschichten kann auch vorgesehen
sein, dass die Kunststoffmatrix, die um die Verstärkungsfasermatten
ausgebildet wird, durch den Polyurethanschaum bereitgestellt wird.
So können nach Einlegen der Kernschicht zwischen zwei Fasermatten
in das Formwerkzeug die Materialkomponenten zur Bildung des Polyurethanschaums
beidseitig eingeleitet werden.
-
Die
in der Kernschicht 1 durch das Einwalzen oder Thermoformern
ausgebildeten Mulden werden nur teilweise mit dem Polyurethanschaum
ausgefüllt, so dass Hohlräume verbleiben.
-
Um
zu vermeiden, dass sich die vorhandene Kernschichtstruktur unerwünscht
durch die Dämpfungsschicht bis zur Außenhautschicht
abbilden, kann eine Zwischenschicht innerhalb des gleichen Werkzeugs
in einem zweiten Arbeitsgang geschaffen werden, so kann eine Kaschierungsschicht 4 zwischen
der äußeren Dämpfungsschicht 2' und
der vorgesehenen Außenhautschicht 3 eingefügt
werden, wobei die Kaschierungsschicht 4 durch ein Vlies
oder ein Schaummaterial gebildet sein kann. Sie dient zusätzlich
der Dämpfung, Absorption und Schubaufnahme von thermischen,
dynamischen und äußeren Einflüssen auf
das schichtweise aufgebaute Karosseriebauteil. Die Außenhautschicht 3 kann
somit im einfachsten Fall lediglich durch eine Lackierung bereitgestellt
werden, es kann sich aber auch um eine Kunststofffolie oder eine
lackierte Kunststofffolie handeln, es können aber auch
lackierte oder unlackierte Aluminium- oder Edelstahl-Dünnbleche
als Außenhautschicht 3 zum Einsatz kommen, die
dann vor der Anordnung entsprechend dem Krümmungsverlauf des
Karosseriebauteils vorgeformt werden. Wird eine lackierte oder nicht
lackierte Kunststofffolie verwendet, so kann diese gleich entsprechend
dem Krümmungsverlauf des Karosseriebauteils gespritzt oder thermogeformt
sein. So kann als oberste Schicht eine Edelstahlfolie für
eine lackierfähige Class-A-Oberfläche verwendet
werden, die dünner als 0,2 mm ist.
-
Dient
der Schichtaufbau 10 der Schaffung eines Dachs des Karosseriebauteils,
so kann die unterste Schicht als Kaschierung oder Dekor den Dachhimmel
bilden; die dazu gefertigte Innenverkleidungsschicht 5 kann
entweder im Presswerkzeug oder in einer nachfolgenden Fertigungsprozesskette mit
der darüber liegenden inneren Dämpfungsschicht 2 verbunden
werden. Die Innenverkleidungsschicht kann, wenn sie an einem Dachs
zur Ausbildung eines Himmels vorliegt, mit einer Textilschicht abschließen. Sie
kann aber auch aus Aluminium, Edelstahl, oder Dünnblech,
einer Lackschicht, einer Kaschierungsschicht oder Kombinationen
davon beschaffen sein. Die Befestigung zweier benachbarter Schichten kann,
wie in 2 im Falle der Anordnung der Außenhautschicht 3 auf
der äußeren Dämpfungsschicht 2',
durch eine Klebeschicht 6 realisiert werden. Auch die Kaschierungsschicht
und die Innenverkleidungsschicht können verklebt werden.
-
Je
nach gewünschtem optischen Erscheinungsbild des Karosseriebauteils
kann die Außenhautschicht 3 in Wagenfarbe lackiert
sein, es können aber auch andere Farbgebungen beziehungsweise ein
metallisches Erscheinungsbild gewünscht sein.
-
Durch
die modulare Bauweise für das Karosseriebauteil mit Schichtaufbau
ist die Möglichkeit zur technischen Integration in bestehenden
Anlagen gegeben. Durch den erzielten Steifigkeitsgewinn kann der
Schichtaufbau auch zur Herstellung von Karosseriebauteilen verwendet
werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007046187
A1 [0003]