DE102011118980A1 - Method for manufacturing outer module having outer planking for modularly constructed housing component, particularly door or casing component of motor vehicle, involves providing thermoplastic fiber reinforced plastic inner shell - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines tragenden Außenmoduls mit einer Außenbeplankung für eine modular aufgebaute Gehäusekomponente, bei der es sich insbesondere um eine Tür- oder Verkleidungskomponente eines Kraftfahrzeugs handelt.The invention relates to a method for producing a supporting outer module with an outer panel for a modular housing component, which is in particular a door or trim component of a motor vehicle.
Modulare Kraftwagentüren bzw. Karosserieverkleidungen weisen in der Regel einen dreiteiligen Aufbau auf und umfassen ein Innenmodul, an welches außenraumseitig ein Außenmodul und innenraumseitig ein Türinnenbelag angebracht ist. Das Außenmodul kann selbsttragend ausgebildet sein, um ein besseres Handling und eine einfachere Montage des Moduls zu erreichen, weist aber üblicherweise keine unmittelbare Tragfunktion der Fahrzeugtür auf.Modular motor vehicle doors or body panels generally have a three-part construction and comprise an inner module to which an outer module outside and inside a door inner lining is attached. The outdoor module may be self-supporting to achieve better handling and easier installation of the module, but usually has no immediate support function of the vehicle door.
Erfüllen die Türinnenverkleidung und die Beplankung des Außenmoduls in erster Linie kaum strukturelle Aufgaben, dienen in den meisten Fällen ausschließlich die Verstärkungsbereiche des Innenmoduls und des Türrahmens bzw. Außenmoduls als Crashstrukturen. Dabei kann es sich um einen diagonal verlaufenden Seitenaufprallschutz handeln, wie er in der
Die
Die
Grundsätzlich ist der modulare Aufbau von Kraftwagentüren eine gängige Methode, um den Handhabungs- und Montageaufwand zu reduzieren. Die Außenbeplankung umfasst hierbei meist nur ein Türaußenblech ohne strukturelle Aufgaben als Bestandteil der Fahrzeugkarosserie.Basically, the modular design of motor vehicle doors is a common method to reduce the handling and assembly costs. The outer skin usually comprises only an outer door panel without structural tasks as part of the vehicle body.
Bekannt sind aus der
Beplankungsmodule für Leichtbau-Karosserien sind ferner aus der
Die
So wird bislang die Beplankung meist nicht als tragendes Bauteil in das Karosseriekonzept eingebunden. Lediglich aus der
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den prozessseitigen Ablauf und Aufbau bei der Herstellung eines hinsichtlich der Crashperformance verbesserten tragenden mehrschichtigen Außenmoduls, das die Außenbeplankung aufweist und akustischen und optischen Anforderungen gerecht wird und zur thermischen Isolierung und Gewichtsreduzierung beiträgt, zu verbessern und kürzere Zykluszeiten und damit höhere Stückzahlen zu ermöglichen.Proceeding from this, it is the object of the present invention, the process-side sequence and structure in the production of improved in terms of crash performance bearing Multilayer outdoor module, which has the outer panel and the acoustic and optical requirements is met and contributes to the thermal insulation and weight reduction, to improve and to enable shorter cycle times and thus higher volumes.
Diese Aufgabe wird durch ein Außenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an outdoor module with the features of
Weiterbildungen des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the method are carried out in the respective subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Herstellung eines Außenmoduls mit einer Außenbeplankung für eine modular aufgebaute Gehäusekomponente. Bei der Gehäusekomponente, für die das Außenmodul vorgesehen ist, kann es sich daher um eine modular aufgebaute Tür oder ein Verkleidungsbauteil eines Kraftfahrzeugs oder auch eines Gerätes wie eines Haushaltsgerätes handeln. Das Außenmodul weist einen Mehrschichtaufbau aus einer thermoplastischen FVK-Innenschale und einer thermoplastischen FVK-Außenschale mit einer darauf angeordneten Außenhaut auf, die die Außenbeplankung bildet. Dabei weist die thermoplastische FVK-Innenschale auf der von der Außenschale weg weisenden Seite Versteifungselemente auf, wodurch das Außenmodul als tragendes Bauteil ausgebildet wird. So kann es beispielsweise in ein modulares Karosserieelement integriert werden und ermöglicht dabei nicht nur eine hohe Designfreiheit und Funktionsintegration sondern auch die Anpassung der crashbeaufschlagten Beplankung auf das Fahrzeugkonzept. Eine erste Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Schritte:
- A) Bereitstellen der thermoplastischen FVK-Innenschale durch Zuschneiden und Formen eines thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs entsprechend einer Innenschalenkontur und Hinterspritzen mit den Versteifungselementen,
- B) Zuschneiden und Vorformen eines thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs entsprechend einer Außenschalenkontur,
- C) Einlegen der thermoplastischen FVK-Innenschale und des entsprechend der Außenschalenkontur vorgeformten thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs in ein Werkzeug und Schließen des Werkzeugs,
- D) Beaufschlagen des entsprechend der Außenschalenkontur vorgeformten thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs mit Druck und Ausformen zu der FVK-Außenschale und Fügen der FVK-Innenschale und der FVK-Außenschale,
- E) Erzeugen der Außenhaut (
6 ) an der FVK-Außenschale (4a ) und Erhalten des Außenmoduls (1 ).
- A) providing the thermoplastic FRP inner shell by cutting and shaping a thermoplastic continuous fiber semi-finished product corresponding to an inner shell contour and injection-molding with the stiffening elements,
- B) cutting and preforming a thermoplastic continuous fiber semi-finished product according to an outer shell contour,
- C) inserting the thermoplastic FRP inner shell and the preformed thermoplastic continuous fiber semi-finished product according to the outer shell contour into a tool and closing the tool,
- D) pressurizing the preformed thermoplastic continuous fiber semi-finished product according to the outer shell contour with pressure and molding to the outer shell of the FVK and joining the FVK inner shell and the FVK outer shell,
- E) generating the outer skin (
6 ) on the FVK outer shell (4a ) and obtaining the outer module (1 ).
Geeigneter Weise können die thermoplastischen FVK-Außenschale und FVK-Innenschale einfach aus Organoblechen als thermoplastische Endlosfaserhalbzeuge gebildet werden, bei denen es sich um plattenförmige endlosfaserverstärkte Thermoplasthalbzeuge handelt, die eine Verstärkungsfaseranordnung in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix aufweisen. Als Verstärkungsfasern kommen vorzugsweise Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern, Metallfasern oder Kombinationen davon in Frage. Die verwendeten Faseranordnungen weisen häufig orientierte Fasern auf und umfassen Gelege, Gewebe, Netze, Gestricke, Geflechte etc. Als thermoplastischer Matrixkunststoff finden beispielsweise Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE) Verwendung.Conveniently, the thermoplastic FRP outer shell and FRP inner shell may be readily formed from organic sheets as thermoplastic continuous fiber semi-finished products which are plate-shaped continuous fiber reinforced thermoplastic dies having a reinforcing fiber assembly in a thermoplastic resin matrix. As reinforcing fibers are preferably carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, metal fibers or combinations thereof in question. The fiber arrangements used often have oriented fibers and include scrims, fabrics, nets, knits, braids, etc. As a thermoplastic matrix plastic find, for example, polyamide (PA), polypropylene (PP), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene terephthalate (PET) , Polybutylene terephthalate (PBT) or high density polyethylene (HDPE) use.
Erfindungsgemäß kann ferner ein Außenmodul hergestellt werden, dessen Mehrschichtaufbau zwischen der FVK-Innenschale und der FVK-Außenschale einen Strukturkern aufweist, der vorzugsweise ein aufgrund seiner geringen Dichte leichter Schaumkern ist. Dazu umfasst das Verfahren das Erzeugen des Strukturkerns in einem zwischen der thermoplastischen FVK-Innenschale und der FVK-Außenschale gebildeten Hohlraum in dem geschlossenen Werkzeug in einem Schritt D1). Dazu wird mittels eines Angusssystems des Werkzeugs ein Schaummaterial in den Hohlraum eingebracht, insbesondere durch Injizieren eines schäumbaren Polymermaterials, das etwa ein Polyurethan oder ein physikalisch geschäumtes Polyamid, Polypropylen ist.According to the invention, it is further possible to produce an outer module whose multi-layer structure between the FRP inner shell and the FRP outer shell has a structural core which is preferably a foam core which is lightweight due to its low density. For this purpose, the method comprises producing the structural core in a cavity formed between the thermoplastic FRP inner shell and the FRP outer shell in the closed mold in a step D1). For this purpose, a foam material is introduced into the cavity by means of a gating system of the tool, in particular by injecting a foamable polymer material which is for example a polyurethane or a physically foamed polyamide, polypropylene.
Alternativ dazu oder zusätzlich kann als Strukturkern eine Wabenstruktur vorgesehen sein, die zwischen FVK-Innenschale und Außenschale eingelegt wird. Der Strukturkern kann über die Fläche des Außenmoduls eine gleich bleibende oder eine variable Dicke aufweisen.Alternatively or additionally, a honeycomb structure may be provided as the structural core, which is inserted between the FRP inner shell and the outer shell. The structural core may have a constant or a variable thickness over the surface of the outer module.
Durch diesen Sandwichaufbau mit leichtem Kern kann eine Gewichtsreduzierung des Außenmoduls und der damit gebildeten Gehäusekomponente erzielt werden. Das Außenmodul als Strukturbauteil ermöglicht die Steigerung der Crashperformance, indem die Aufprallenergie flächig auf den Träger verteilt wird. Ferner dient der Strukturkern der Steifigkeitserhöhung, wobei der Verlauf des Eindrückwiderstands gezielt über den Eindrückweg durch Materialauswahl, Schichtaufbau und Funktionselemente definierbar ist.By means of this lightweight core sandwich construction, it is possible to achieve a weight reduction of the outer module and the housing component formed therewith. The outer module as a structural component allows the increase of the crash performance by the impact energy is distributed flat on the carrier. Furthermore, the structural core serves to increase the rigidity, wherein the profile of the indentation resistance can be specifically defined via the indentation path by material selection, layer structure and functional elements.
Die Beaufschlagung mit Druck, um das vorgeformte Organoblech im Werkzeug zur Außenschale auszuformen, in Schritt D) kann in einer Variante durch Injektion eines Gases in den Hohlraum erfolgen, woraufhin das Ausschäumen gemäß Schritt D1) erfolgen kann, oder die Druckbeaufschlagung wird durch die Injektion des schaumbaren Materials in Schritt D1) selbst hervorgerufen.The application of pressure to form the preformed organic sheet in the tool to the outer shell, in step D) can be done in a variant by injection of a gas into the cavity, after which the foaming according to step D1) can take place, or the pressurization is caused by the injection of the foamable material in step D1) itself.
Um in Schritt E) die Außenhaut an der FVK-Außenschale zu erzeugen, werden die gefügten FVK-Innenschale und FVK-Außenschale einem Heißpressen unterzogen oder es wird die FVK-Außenschale mit einem Polyurethan oder einem Gelcoat überflutet. Alternativ kann auch beides, erst Heißpressen und dann Überfluten, ausgeführt werden.In order to produce the outer skin on the FVK outer shell in step E), the joined FVK inner shell and FVK outer shell are subjected to hot pressing or the FVK outer shell is flooded with a polyurethane or a gelcoat. Alternatively, both, first hot pressing and then flooding, are performed.
Zum Überfluten kann das Werkzeug teilweise geöffnet werden, und zwar soweit es die Schichtdicke der Außenhaut erfordert, woraufhin das Überfluten mittels einer Angusseinrichtung des Angusssystems in den zuvor gebildeten Spalt durchgeführt wird. Eine andere Werkzeuggestaltung sieht vor, dass im geschlossenen Werkzeug zwischen der Außenschale des Rohaußenmoduls aus gefügter Außen- und Innenschale und der Werkzeugoberfläche ein Spalt zum Überfluten vorliegt.For flooding, the tool can be partially opened, as far as the layer thickness of the outer skin requires, whereupon the flooding is performed by means of a Angusseinrichtung the Angusssystems in the previously formed gap. Another tool design provides that in the closed tool between the outer shell of Rohausßenmodul from mated outer and inner shell and the tool surface there is a gap for flooding.
Beim Erzeugen der Außenhaut, sei es durch Heißpressen, Überfluten oder beides, kann vorzugsweise ein Trennmittel verwendet werden, um das Entformen des Außenmoduls mit der dabei gebildeten lackierfähigen Oberfläche zu erleichtern. Beim Überfluten kann als Trennmittel ein internes Trennmittel des Polyurethans oder des Gelcoats vorgesehen sein. Alternativ kann die Werkzeugoberfläche eine permanente Trennmittel-Beschichtung aufweisen oder auf die Werkzeugoberfläche kann vor Schritt E) ein Trennmittel appliziert werden.When creating the outer skin, whether by hot pressing, flooding or both, preferably a release agent may be used to facilitate demoulding of the outer module with the paintable surface formed thereby. When flooding can be provided as a release agent, an internal release agent of the polyurethane or gel coats. Alternatively, the tool surface can have a permanent release agent coating or a release agent can be applied to the tool surface before step E).
Eine Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass zur Bildung der FVK-Außenschale ein thermoplastisches Endlosfaserhalbzeug eingesetzt wird, das auf einer Seite eine thermoplastische Matrixaufdickung aufweist. Dazu wird eine Schicht aus dem thermoplastischen Matrixkunststoff auf dem thermoplastischen Endlosfaserhalbzeug gebildet. Diese Matrixaufdickung ist als Basis für die Außenhaut vorgesehen und verhindert die Abbildung der Faseranordnung an der Außenhaut. Beim Vorformen des thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs muss dann darauf geachtet werden, dass die die Matrixaufdickung auf der zur Bildung der Außenhaut vorgesehenen Seite zu liegen kommt.One variant of the method provides that a thermoplastic continuous fiber semi-finished product is used to form the outer shell of the FRP, which has a thermoplastic matrix thickening on one side. For this purpose, a layer of the thermoplastic matrix plastic is formed on the thermoplastic continuous fiber semi-finished product. This matrix thickening is provided as a base for the outer skin and prevents the image of the fiber arrangement on the outer skin. When preforming the thermoplastic continuous fiber semi-finished product, care must then be taken that the matrix thickening comes to lie on the side intended to form the outer skin.
Vorzugsweise besteht das verwendete Werkzeug aus einem Werkzeugwürfel/Wendeplatte mit zwei Schließebenen, so dass die Schritte C) und D) in einer ersten Schließebene des Werkzeugs und Schritt E) in einer zweiten Schließebene des Werkzeugs durchgeführt werden kann. Bevorzugt kann dabei ein Werkzeugwürfel/Wendeplatte verwendet werden, der in beiden Schließebenen einen Werkzeugstempel zum Aufnehmen der Innenschale aufweist, während die beiden Schließseiten der zwei Schließebenen des Werkzeugs eine Matrize zur Bildung der Außenschale aufweisen. So kann die zweite Schießebene beispielsweise einen Spalt zum Überfluten zwischen der Außenschale und der Werkzeugoberfläche der Schließseite aufweisen.Preferably, the tool used consists of a tool cube / insert with two closing planes, so that steps C) and D) can be performed in a first closing plane of the tool and step E) in a second closing plane of the tool. Preferably, a tool cube / insert can be used which has a tool punch for receiving the inner shell in both closing planes, while the two closing sides of the two closing planes of the tool have a die for forming the outer shell. For example, the second shooting plane may have a gap for flooding between the outer shell and the tool surface of the closing side.
Vorteilhaft vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile eines „one-shot”-Verfahrens, bei dem alle Einzelprozesse in einer Werkzeugkavität durchgeführt werden und damit einen hohen technologischen Aufwand erfordern. Durch die zwei Schließebenen und die damit erreichte simultane Ausführung von verschiedenen Einzelprozessen wird auch bei langen Einzelprozesszeiten die Quantität kaum eingeschränkt.Advantageously, the method according to the invention avoids the disadvantages of a "one-shot" method in which all individual processes are carried out in a mold cavity and thus require a high technological outlay. Due to the two closing levels and the simultaneous execution of different individual processes, the quantity is hardly limited even with long individual process times.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Formen des thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs entsprechend einer Innenschalenkontur und Hinterspritzen mit den Versteifungselementen zur Herstellung der FVK-Innenschale gemäß Schritt A) im gleichen Werkzeug erfolgt. Besonders geschickt kann das Hinterspritzen der Versteifungselemente gleichzeitig mit dem Ausschäumen des Hohlraums in Schritt D1) durch das Angusssystem des Werkzeugs erfolgen, wenn als schäumbares Material ein PA-Schaum, PP-Schaum verwendet wird.Furthermore, it may be provided that the shaping of the thermoplastic continuous fiber semi-finished product according to an inner shell contour and back-molding with the stiffening elements for the production of FRP inner shell according to step A) takes place in the same tool. Particularly skillfully, the back injection of the stiffening elements can take place simultaneously with the foaming of the cavity in step D1) through the gating system of the tool, if a PA foam, PP foam is used as the foamable material.
Für die hinterspritzten Versteifungselemente der FVK-Innenschale kann vorzugsweise auch ein thermoplastischer Kunststoff verwendet werden, der dem Matrixkunststoff des thermoplastischen Endlosfaserhalbzeug entspricht. Bei den Versteifungselementen, die die Innenschale aufweist, kann es sich um Verstärkungsrippen handeln, die an die Innenschale angespritzt sind. Generell ist ein dazu geeigneter Spritzkunststoff einer, der mit dem thermoplastischen Matrixkunststoff der Innenschale kompatibel ist und vorzugsweise der gleiche wie der thermoplastische Matrixkunststoff ist. Die zwischen den angespritzten Rippen bestehenden Zwischenräume können ausgeschäumt sein, auch dazu kann ein Polyurethan oder ein geschäumtes Polyamid, Polypropylen verwendet werden. Ferner können als Versteifungselemente Sicken in die Innenschale eingebracht sein oder die Innenschale kann wellige Bereiche aufweisen, die der Verbesserung der Crashperformance dienen.For the back-injected stiffening elements of the FRP inner shell it is also possible to use preferably a thermoplastic plastic which corresponds to the matrix plastic of the thermoplastic continuous fiber semi-finished product. The stiffening elements, which has the inner shell, may be reinforcing ribs, which are molded onto the inner shell. Generally, a suitable molding resin is one that is compatible with the thermoplastic matrix resin of the inner shell and is preferably the same as the thermoplastic matrix resin. The intermediate spaces between the molded ribs can be foamed, also a polyurethane or a foamed polyamide, polypropylene can be used. Further, as stiffening elements beads may be introduced into the inner shell or the inner shell may have wavy areas, which serve to improve the crash performance.
Neben den erfindungsgemäßen Versteifungselementen kann die Innenschale Durchbrüche und/oder angespritzte Konturen und/oder Kanten von Randbereichen, Halterungs- und/oder Anbindungselementen aufweisen, letztere insbesondere zur Anbindung des Außenmoduls an ein Innenmodul der modular aufgebauten Gehäusekomponente.In addition to the stiffening elements according to the invention, the inner shell can have openings and / or molded contours and / or edges of edge areas, mounting and / or attachment elements, the latter in particular for connecting the outer module to an inner module of the modular housing component.
Zum Fügen der Außenschale und der Innenschale in Schritt D) können die Außenschale und die Innenschale des Außenmoduls an den Randbereichen durch Umfalzen, Verkleben, Verschweißen oder Umspritzen verbunden werden.For joining the outer shell and the inner shell in step D), the outer shell and the inner shell of the outer module to the Edge areas are connected by crimping, gluing, welding or overmolding.
Weitere Schritte des Verfahrens beziehen sich auf das Erwärmen der Endlosfaserhalbzeugzuschnitte, wobei die erwärmten thermoplastischen FVK-Halbschalen formbar werden, insbesondere mittels Infrarotstrahlung, und Halten der Endlosfaserhalbzeugzuschnitte durch formangepasste Greifer zum Vorformen der thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugzuschnitte, wobei das Halten der Endlosfaserhalbzeugzuschnitte an den Greifern insbesondere durch Erzeugen eines Unterdrucks erfolgt. Ferner kann zumindest eine Werkzeugoberfläche zum Heißpressen und/oder zum Farmen der Außenschale induktiv variotherm oder mit Stickstoff temperiert werden. Sowohl die Innenschale als auch der entsprechend der Außenschalenkontur vorgeformte Enlosfaserhalbzeugzuschnitt können beim Einlegen in das Werkzeug durch Erzeugen eines Unterdrucks fixiert werden.Further steps of the method relate to the heating of the continuous fiber semi-finished blanks, wherein the heated thermoplastic FRP shells become malleable, in particular by means of infrared radiation, and holding the continuous fiber semi-finished blanks by conforming grippers for preforming the thermoplastic continuous fiber blanks, wherein the holding of the continuous fiber blanks to the grippers in particular by generating a negative pressure occurs. Furthermore, at least one tool surface for hot pressing and / or for farming the outer shell can be heated inductively variothermally or with nitrogen. Both the inner shell and the Enlosfaserhalbzeugzuschnitt preformed according to the outer shell contour can be fixed by placing a negative pressure when inserted into the tool.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Außenmodul kann zusammen mit einem Innenmodul zum Aufbau einer modularen Gehäusekomponente verwendet werden und bildet deren Außenbeplankung.An outer module produced by the method according to the invention can be used together with an inner module to construct a modular housing component and forms its outer panel.
Zur Verbindung von Innen- und Außenmodul kann dabei eine Klebstoffnaht vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Innenschale des Außenmoduls randseitig einen einschubartigen Absatz zum Einschieben in das Innenmodul aufweisen, zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Federn und/oder Stifte, die in entsprechenden Nuten oder Ausnehmungen des Innenmoduls aufgenommen werden können.To connect the inner and outer module can be provided an adhesive seam. Alternatively or additionally, the inner shell of the outer module edge have a slot-like paragraph for insertion into the inner module, additionally or alternatively one or more springs and / or pins that can be accommodated in corresponding grooves or recesses of the inner module.
Diese und weitere 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.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:Showing:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Außenmodul
Die Herstellung des Außenmoduls
Das hierzu beschriebene Außenmodul
Das Außenmodul
Da sich bei einem Seitenaufprall und Seitencrash (z. B. Seitenaufprall nach Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS, 214) die Beplankung als erstes Fahrzeugelement in Kontakt mit dem Impact-Körper befindet, bietet die erfindungsgemäße tragende Außenbeplankung
Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren können die Investitions- und Herstellkosten reduziert werden, da die Etagentechnologie bzw. Wendeplattentechnik das Entkoppeln der im Werkzeug
Generell eignet sich das Außenmodul
Der Mehrschichtaufbau des erfindungsgemäßen Außenmoduls
Die thermoplastischen FVK-Halbschalen
Unter „Organoblechen” werden plattenförmige endlosfaserverstärkte Thermoplasthalbzeuge verstanden, die für Bauteile mit hohen Festigkeiten und geringem Gewicht eingesetzt werden. Organobleche lassen sich thermoformen und ermöglichen kurze Prozesszyklen und sind außerdem gut schweißbar. Im Gegensatz zu metallischen Blechen entfällt bei der Verwendung von Organoblechen der Korrosionsschutz.The term "organic sheet" is understood to mean plate-shaped continuous fiber reinforced thermoplastic pulleys used for components with high strength and low weight. Organic sheets can be thermoformed and enable short process cycles and are also easy to weld. In contrast to metallic sheets, the use of organic sheets eliminates corrosion protection.
Organobleche können dabei aus speziellen Faseranordnungen, die Fasern in definierten Orientierungen aufweisen, eingebettet in der Thermoplastmatrix, bestehen. So kann es sich bei den Faseranordnungen um Gewebe, Gelege, Gestricke etc. handeln. Neben den genannte Verstärkungsfasern und Matrixsystemen kommen selbstverständlich auch alle anderen gängigen Verstärkungsfasertypen, z. B. Keramikfasern, Metallfasern, Naturfasern andere Polymerfasern in Frage; auch können verschiedenartige Verstärkungsfasern in einer Faseranordnung kombiniert sein. Die genannten Matrixsysteme sind nur beispielhaft und in keiner Weise beschränkend zu verstehen.Organic sheets can consist of special fiber arrangements which have fibers in defined orientations embedded in the thermoplastic matrix. For example, the fiber arrangements can be fabrics, scrims, knits, etc. In addition to the mentioned reinforcing fibers and matrix systems, of course, all other common types of reinforcing fibers, for. As ceramic fibers, metal fibers, natural fibers other polymer fibers in question; Also, various reinforcing fibers may be combined in a fiber array. The matrix systems mentioned are to be understood as exemplary only and in no way limiting.
Die Verwendung einer thermoplastischen Matrix reduziert zudem im Vergleich zu Duromeren die Zykluszeiten. Der Sandwichaufbau kombiniert dabei eine hohe gewichtsspezifische Steifigkeit sowohl beim Crash als auch im Schwingungsverhalten mit einer guten thermischen und akustischen Isolation. Im Zuge der Elektromobilität spielen diese Aspekte zur Erhöhung der Reichweite, des Fahrkomforts und der Kostenreduzierung eine Schlüsselrolle. Zudem isoliert der aufgeführte Lagenaufbau den Innenraum zusätzlich, indem die Schallabstrahlung der großflächigen Beplankung durch die hohe Steifigkeit verringert wird und die Umgebungsgeräusche durch den Schaumkern absorbiert werden.The use of a thermoplastic matrix also reduces cycle times compared to duromers. The sandwich construction combines a high weight-specific stiffness in both crash and vibration behavior with good thermal and acoustic insulation. Electromobility plays a key role in increasing range, ride comfort and cost reduction. In addition, the listed layer structure additionally isolates the interior by reducing the sound radiation of the large-area planking due to the high rigidity and absorbing the ambient noise through the foam core.
Das erfindungsgemäße Außenmodul
Das Beplankungsmodul
Wegen der guten Formbarkeit des Organoblechs im warmen Zustand und der damit erhaltenen Gestaltunabhängigkeit der Innen- und Außenschale
Wird der komplette Schichtaufbau der vorliegenden Erfindung genutzt, liegt der in
Je nach mechanischen, optischen und akustischen Anforderungen kann der beschriebene Schichtaufbau des Beplankungsmoduls
Verstärkungen auf dem inneren Organoblech
Auch das Ausformen von z. B. welligen Bereichen
Der Kontakt zwischen den beiden Halbschalen
Eine weitere Schlüsselstelle bei großflächigen Kunststoffteilen ist die Einstellung der Wärmeausdehnung und des damit zusammenhängenden Spaltmaßes. Das anisotrope Verhalten von Faserverbundwerkstoffen kann bei der vorliegenden Beplankung
Die Oberflächenvorbereitung spielt für den Einsatz des Außenmoduls
a) Aufbringen der Matrixschicht
Während der Organoblech-Herstellung wird z. B. mittels einer Doppelband-Presse die Extrusion zwischengeschaltet. Bei der Extrusion wird die zusätzliche Matrixschicht
b) Aufbringen der Matrixschicht
Während der Organoblech-Herstellung werden z. B. mittels einer Doppelband-Presse eine oder mehrere Folien zusätzlich eingezogen und auf das Organoblech mittels Druck und Temperatureinwirkung stoffschlüssig aufgetragen.During organo sheet production z. B. additionally fed by means of a double-belt press one or more films and applied cohesively to the organic sheet by means of pressure and temperature action.
c) Aufbringen der Matrixschicht
Während der Organoblech-Herstellung wird die Coextrusion(s)-Anlage mit zwei bis drei Einschneckenextrudern ggf. unterschiedlicher Baugrößen zwischengeschaltet. Dieses Konzept stellt eine optimale Homogenisierung der Materialen sicher und ermöglicht den Einsatz verschiedener Werkstoffe je Lage. Die so erzeugte Matrixschicht
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in
Gleichzeitig zum Heißpressen in Schließebene II wird auf der Stempelseite am Werkzeugwürfel/Wendeplatte
Nach dem Schließen des Werkzeugs
In der in
Ist durch die reine Matrixaufdickung
Um das Anhaften am Werkzeug
a) PUR-Material mit internem Trennmittela) PUR material with internal release agent
Die Verwendung interner Trennmittel bei (faserverstärkten) Kunststoffen bewirkt eine bessere Durchtränkung der Fasern und erhöhen so die Festigkeit der Verbundwerkstoffe. Die grundlegende Voraussetzung ist ein chemisch gut abgestimmtes System, bei dem das interne Trennmittel im vorgesehenen Produktionszyklus ausreichend an die Oberfläche vordringen kann. Weitere Vorteile durch die Verwendung von internen Trennmitteln bei der Verarbeitung von PUR-Systemen sind die Straffung bzw. Verkürzung der Produktionszyklen durch höheren Grad an Automatisierbarkeit sowie die Ermöglichung sehr kurzer Aushärtezeiten durch Wegfall unproduktiver Trocknungs-/Beschichtungszeiten. Es werden reproduzierbare Formteiloberflächen geschaffen, da Variationen durch unterschiedlichen Trennmittelauftrag und -übertrag vermieden werden, wodurch auch Qualitätskontrollen vereinfacht werden. Eine ebenfalls dadurch erreichbare höhere Oberflächenverdichtung bedingt geringere Emissionen („Fogging”-Reduktion). Zudem sind Oberflächenspannungen von > 40 mN/m realisierbar, so dass eine direkte Weiterverarbeitung (Verklebung bzw. Lackierung) möglich ist, was massive Kosteneinsparungen ermöglicht. Die bessere Benetzung bzw. Durchtränkung der Verstärkungsgelege führt zu Bauteilen mit höherer mechanischer Belastbarkeit. Ferner können aufgrund minimal nötiger Trennmittelmenge (kein Overspray etc.), die auch Trennmittel-bedingte Emissionen gesenkt, Kosten werter optimiert werden. So wird die Nachhaltigkeit der Prozesse aufgrund des Einsatzes von nur tatsächlich notwendigen Rohstoffmengen verbesset.The use of internal release agents in (fiber-reinforced) plastics causes a better impregnation of the fibers and thus increase the strength of the composite materials. The basic requirement is a chemically well-tuned system in which the internal release agent can sufficiently penetrate the intended production cycle. Other benefits of using internal release agents when processing PUR systems include streamlining or shortening production cycles through increased levels of automation and enabling very short cure times by eliminating unproductive drying / coating times. There are reproducible molding surfaces created because variations are avoided by different release agent and transfer, whereby quality controls are simplified. A higher surface compaction which can also be achieved in this way results in lower emissions ("fogging" reduction). In addition, surface tensions of> 40 mN / m can be realized so that direct further processing (bonding or painting) is possible, which enables massive cost savings. The better wetting or impregnation of the reinforcing scrims leads to components with higher mechanical load capacity. Furthermore, due to minimally necessary amount of release agent (no overspray, etc.), which also reduces release agent-related emissions, costs can be optimized. Thus, the sustainability of the processes is improved due to the use of only actually required amounts of raw materials.
b) Werkzeugoberfläche beschichtenb) Coat the tool surface
Die Beschichtung der Werkzeugoberfläche zur Vermeidung der Haftung schützt die Werkzeugoberflächen vor abrasivem Verschleiß, wobei die Bildung der Formbeläge, die infolge der Anhaftung der Formmasse an der Werkzeugoberfläche entstehen, zu beachten ist. Einen Schutz bieten beispielsweise Hartstoffbeschichtungen. In der industriellen Praxis haben sich in erster Linie Nitride und Oxide auf Chrom- und Titanbasis durchgesetzt, wie TiN, CrN, CroMult, CromOx u. a.. Diese Hartstoffschichtsysteme können auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten werden und bilden nicht, wie konventionelle Beschichtungen, störende Makropartikel. Neben Korrosionsschutz und Verschleißverringerung können durch die Hartstoffbeschichtung das Fließverhalten der Formmasse und das Formtrennverhalten wesentlich verbessert und die Neigung zur Formbelagsbildung deutlich reduziert werden. Ferner werden durch die Beschichtung der Werkzeugoberfläche die beweglichen Teile (Normteile wie Auswerfer und Steuerelemente sind starkem adhäsiven Verschleiß ausgesetzt) geschützt und darüber hinaus kann sogar ganz auf die herkömmliche Schmierung des Werkzeugs verzichtet werden.The coating of the tool surface to prevent adhesion protects the tool surfaces from abrasive wear, whereby the formation of the moldings, which arise as a result of the adhesion of the molding material to the tool surface, is observed. For example, hard coatings provide protection. In industrial practice, nitrides and oxides based on chromium and titanium have prevailed in the first place, such as TiN, CrN, CroMult, CromOx and the like. a .. These hard coating systems can be tailored to the particular application and do not form, like conventional coatings, troublesome macroparticles. In addition to corrosion protection and wear reduction, the flow behavior of the molding compound and the mold release behavior can be substantially improved by the hard coating and the tendency to Formbelagsbildung be significantly reduced. Furthermore, the coating of the tool surface, the moving parts (standard parts such as ejector and controls are exposed to strong adhesive wear) protected and beyond even can be completely dispensed with the traditional lubrication of the tool.
c) separate Trennmittel verwendenc) use separate release agents
Hierbei wird ausschließlich die PUR-Schaum-Kavität
Eine weitere erfindungsgemäße Variante kombiniert das Heißpressen und Überfluten in der Schließebene II.A further variant according to the invention combines the hot pressing and flooding in the closing level II.
Gegebenenfalls kann zusätzlich, wie oben beschrieben, als „Halbschale” zusätzlich PUR oder Gelcoat mittels Überfluten zur Class-A-Vorbereitung und zum Schutz gegen Feucht- und Druckbelastung verwendet werden. Gegebenenfalls kann als äußerste Decklage an das geöffnete Werkzeug eine Schicht auf die Werkzeugoberfläche gesprüht werden. Optionally, in addition, as described above, as a "half-shell" in addition PUR or gelcoat can be used by flooding for Class A preparation and to protect against damp and pressure. Optionally, a layer can be sprayed onto the tool surface as the outermost cover layer on the opened tool.
Beim physikalischen Schäumen (
In einer Variante werden die PA-Kunststoffrippen/PP-Kunststoffrippen
Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Reduktion der Montage-Funktions- und Herstellkosten, da das Bauteil als selbsttragendes Modul
Die Modulbauweise der Gehäusekomponente gestattet einen geringen Handlingsaufwand, das Bauteil selbst bietet einen Komfortgewinn aufgrund geringer Schwingungsempfindlichkeit/NVH bzw. Steifigkeitserhöhung und ein einfaches Reparaturkonzept. Die hohe Designfreiheit ist mit einer Class-A-Oberfläche verbunden und Funktionselemente wie Dehnungswellen können wegen der Designunabhängigkeit konstruktiv in die innere Halbschale integriert werden. Der Verlauf des Eindrückwiderstands und der Beulsteifigkeit ist durch Materialauswahl, Schichtaufbau, Funktionselemente gezielt über den Eindrückweg definierbar. Die Funktionsintegration stellt ein weiteres Kosteneinsparungspotential dar. Ferner sind kurze Zykluszeiten und höhere Stückzahlen realisierbar. Die Beplankung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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