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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils und ein Sandwichbauteil der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
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Die
DE 10 2006 058 257 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils, bei welchem ein Sandwichhalbzeug hergestellt wird, indem an einer Schaumstoffkernschicht oberseitig eine erste Deckschicht und unterseitig eine zweite Deckschicht angeordnet wird. Das hergestellte Sandwichhalbzeug wird danach erwärmt und mittels eines Umformwerkzeugs zu einem Sandwichbauteil umgeformt.
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Ein derartiges Sandwichbauteil bzw. ein derartiger Sandwichverbund ist häufig lokal unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, jedoch in seiner Dicke üblicherweise homogen ausgebildet und auf die Größe der maximalen lokalen Belastung ausgelegt, was zu einem erhöhten Gewicht und zu einem vergrößerten Bauraumerfordernis führt. Mit anderen Worten müssen Sandwichverbund-Bauteile wie die meisten anderen Bauteile oft sehr unterschiedlichen Belastungen an unterschiedlichen Bereichen genügen. Da generell Sandwichbauteile aus flächigen Ausgangsmaterialien, wie einer Kernlage und Deckschichten, hergestellt werden, liegt üblicherweise an jedem Bauteilquerschnitt dasselbe Material vor. Infolgedessen ist die Optimierung eines Sandwichbauteils für unterschiedliche Belastungen sehr schwierig. So muss beispielsweise das Kernmaterial gemäß der höchsten zu erwartenden Druckbelastung ausgelegt werden, selbst wenn diese Belastung nur in wenigen Bereichen oder nur an einem Bereich des Bauteils wirken sollte. Diese Belastungen können sowohl in der späteren Anwendung des hergestellten Sandwichbauteils als auch im Fertigungsprozess lokal auf das Sandwichbauteil einwirken. Wird beispielsweise ein Sandwichbauteil durch Spritzguss mit angespritzten Bereichen versehen, müssen lediglich in diesen Bereichen hohe Belastungen aufgrund des Spritzgusses ertragen werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils sowie ein Sandwichbauteil bereitzustellen, mittels welchen lokal unterschiedliche Belastungen am Sandwichbauteil auf verbesserte Weise Rechnung getragen werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils sowie durch ein Sandwichbauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils wird zunächst ein Sandwichhalbzeug hergestellt, indem an einer Schaumstoffkernschicht oberseitig eine erste Deckschicht und unterseitig eine zweite Deckschicht angeordnet wird. Das hergestellte Sandwichhalbzeug wird erwärmt und mittels eines Umformwerkzeugs zu dem Sandwichbauteil umgeformt. Um ein Sandwichbauteil herstellen zu können, das bei einem möglichst geringen Gewicht auf lokale mechanische Beanspruchungen abgestimmt ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich der Schaumstoffkernschicht mit einer höheren mechanischen Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht hergestellt wird.
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Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schaumstoffkernschicht in zumindest einem Teilbereich eine lokale Modifikation während der Herstellung des Sandwichbauteils erfährt, sodass die Materialeigenschaften des fertig hergestellten Sandwichbauteils in diesem Teilbereich eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht aufweist. Hierdurch kann in diesem zumindest einen Teilbereich zum Beispiel eine erhöhte Druckfestigkeit des Sandwichbauteils erreicht werden, ohne dass der gesamte Sandwichverbund auf die erhöhten Anforderungen an den Teilbereich dimensioniert werden muss. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, ein Sandwichbauteil herzustellen, das außerhalb eines oder mehrerer mechanisch besonders beanspruchter Bereiche in seiner Dimensionierung unverändert bleibt, sodass ohne wesentliche Gewichtszunahme ein auf äußere Beanspruchungen maßgeschneidertes Sandwichbauteil geschaffen wird. Vorzugsweise erfolgt dabei die lokale Modifikation der Schaumstoffkernschicht noch vor der Sandwichhalbzeugherstellung oder während der Sandwichhalbzeugherstellung, sodass ein auf äußere Beanspruchungen maßgeschneidertes Sandwichhalbzeug und damit nach Umformung des Sandwichhalbzeugs ein entsprechend funktionell angepasstes Sandwichbauteil hergestellt wird.
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Es kann somit ein besonders vielseitiges Sandwichbauteil ohne größeren zusätzlichen Material- und Kostenaufwand hergestellt werden, da insbesondere die Druckfestigkeit in dem zumindest einen Teilbereich lokal erhöht werden kann. Die Oberflächengüte, speziell an kleinen Radien, kann dadurch deutlich verbessert werden, beispielsweise indem im Bereich von Bohrungen entsprechende Verstärkungen vorgesehen werden. Darüber hinaus sind auch im Wesentlichen beliebige Kantenformen an dem Sandwichbauteil darstellbar. Es kann zudem auch eine verbesserte Oberflächengüte an dem Sandwichbauteil erzielt werden. Insbesondere kann ein Eindrücken des Sandwichbauteils durch Außeneinflüsse verhindert werden. Vorzugsweise kann darüber hinaus ein geschlossener Sandwichverbund hergestellt werden, sodass insbesondere im Bereich einer Schnittkante die Resistenz gegen Umwelteinflüsse erheblich verbessert werden kann. Darüber hinaus ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch beispielsweise möglich, Durchbrüche innerhalb des Sandwichbauteils zu verstärken und die Oberflächenqualität beim Anspritzen von Spritzgussbereichen zu verbessern. Neben der Druckfestigkeit ist es darüber hinaus auch beispielsweise möglich, die Schub- und/oder Zugeigenschaften des Sandwichbauteils in dem zumindest einen Teilbereich zu verbessern, ohne dass der gesamte Sandwichverbund auf die lokal erhöhten Anforderungen dimensioniert werden muss.
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Als Kunststoff der Deckschicht wird 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. PP schmilzt bereits bei 160°C. 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.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei der Herstellung der Schaumstoffkernschicht an zumindest einer Stelle ein Abschnitt der Schaumstoffkernschicht entfernt, insbesondere ausgestanzt, und danach an der Stelle ein Verstärkungselement eingesetzt wird, welches eine höhere mechanische Belastbarkeit als der entfernte Abschnitt aufweist. Mit anderen Worten entspricht das eingesetzte Verstärkungselement dem zumindest einen Teilbereich der Schaumstoffkernschicht, welcher eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht aufweist. Dadurch, dass in die entfernte, vorzugsweise gestanzte, Freistelle zumindest ein Verstärkungselement eingefügt wird, kann auf besonders einfache Weise die Schaumstoffkernschicht und somit das gesamte Sandwichbauteil lokal verstärkt werden. Das Verstärkungselement kann je nach Beanspruchung des Sandwichbauteils beispielsweise ein Festkörper aus Kunststoff oder Metall sein. Ferner ist es auch möglich, dass ein Schaum aus einem anderen Material als die restliche Schaumstoffkernschicht mit einer höheren Dichte und/oder Druckfestigkeit ausgewählt wird. Die derart modifizierte Schaumstoffkernschicht kann anschließend zur Herstellung des Sandwichhalbzeugs eingesetzt werden, indem an der modifizierten Schaumstoffkernschicht oberseitig die erste Deckschicht und unterseitig die zweite Deckschicht angeordnet wird. Die Schaumstoffkernschicht kann dabei beispielsweise ober- und unterseitig mit einer Bindeschicht zur verbesserten Anbindung zwischen den jeweiligen Deckschichten und der Schaumstoffkernschicht versehen werden. Anschließend wird das derart ausgebildete Sandwichhalbzeug erhitzt und zu dem fertigen Sandwichbauteil umgeformt bzw. verpresst.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schaumstoffkernschicht aus einer Schaumbahn hergestellt wird, aus welcher der Abschnitt entfernt und in welche das Verstärkungselement eingesetzt wird, wonach die Schaumstoffkernschicht aus der Schaumbahn abgetrennt wird. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass die Schaumstoffkernschicht aus einer Art Endlosmaterial in Form der Schaumbahn hergestellt wird, wobei vorzugsweise bereits aus dieser Schaumbahn der Abschnitt entfernt und an dieser Stelle das besagte Verstärkungselement eingesetzt wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass bereits an der Schaumbahn oberseitig und unterseitig die Deckschichten mittels einer Bindeschicht angebracht werden, nachdem der Abschnitt entfernt und das Verstärkungselement eingesetzt worden ist. Die mit den Deckschichten versehene Schaumbahn kann anschließend konfektioniert, erhitzt und so verpresst werden, dass die Deckschichten mit der Schaumbahn verbunden werden. Insbesondere ist es möglich, aus der als Endlosmaterial zugeführten Schaumbahn mehrere der Schaumstoffkernschichten herzustellen, indem an jeweils vorbestimmten Stellen jeweilige Abschnitte entfernt und die betreffenden Verstärkungselemente eingesetzt werden. Dadurch ist es auf einfache und besonders schnelle Weise möglich, eine Vielzahl der mit den Verstärkungselementen versehenen Schaumstoffkernschichten herzustellen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Teilbereich aus einem anderen Material als die restliche Schaumstoffkernschicht hergestellt und mit der restlichen Schaumstoffkernschicht verbunden, insbesondere verklebt, wird. Mit anderen Worten ist es also bereits bei der Schaumblockherstellung, also bei der Herstellung der Schaumstoffkernschicht, möglich, dass beispielsweise unterschiedliche Schaumstoffblöcke miteinander verklebt werden, wobei die unterschiedlichen Schaumstoffblöcke auf die jeweils auftretenden Belastungen an der Schaumstoffkernschicht bzw. an dem fertigen Sandwichbauteil hin optimiert sind. Dadurch ist es ebenfalls auf besonders einfache Weise möglich, eine lokale Modifikation der Schaumstoffkernschicht zu ermöglichen, sodass die Materialeigenschaften der Schaumstoffkernschicht und somit auch des Sandwichbauteils lokal angepasst werden können. Alternativ ist es auch möglich, den Teilbereich aus demselben Kunststoff, jedoch mit einer anderen Dichte als die restliche Schaumstoffkernschicht herzustellen. Bei höheren Festigkeitsbeanspruchungen sollte die Dichte höher sein als die restliche Schaumkernschicht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Teilbereich aus demselben Material wie die restliche Schaumstoffkernschicht hergestellt wird, wobei während der Herstellung die restliche Schaumstoffkernschicht stärker als der Teilbereich aufgeschäumt wird. Mit anderen Worten ist es also möglich, während der Herstellung der Schaumstoffkernschicht durch eine Variation der Schaumextrusion Bereiche mit unterschiedlichen Materialeigenschaften zu erzielen. Dadurch, dass die restliche Schaumstoffkernschicht stärker als der zumindest eine Teilbereich aufgeschäumt wird, weist die restliche Schaumstoffkernschicht eine geringere Dichte als der weniger stark aufgeschäumte Teilbereich auf. Infolgedessen weist der Teilbereich eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht auf. Durch das unterschiedlich starke Aufschäumen der Schaumstoffkernschicht kann auf einfache und schnelle Weise ebenfalls eine lokale Modifikation der Materialeigenschaften der Schaumstoffkernschicht und somit des gesamten Sandwichbauteils erzielt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schaumstoffkernschicht aus einem ersten Schaumstoffelement und aus einem zweiten Schaumstoffelement hergestellt wird, welches an dem ersten Schaumstoffelement angeordnet und beim Umformen des erwärmten Sandwichhalbzeugs unter Ausbildung des Teilbereichs in das erste Schaumstoffelement hineingepresst wird. Es kann also durch ein lokales Auflegen des zweiten Schaumstoffelements auf dem ersten Schaumstoffelement und durch anschließendes Verpressen des zweiten Schaumstoffelements mit dem ersten Schaumstoffelement auf einfache Weise der zumindest eine Teilbereich ausgebildet werden, welcher eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht aufweist. Vorzugsweise wird dabei zwischen dem ersten Schaumstoffelement und dem zweiten Schaumstoffelement eine dazwischen liegende Klebeschicht angeordnet, sodass eine verbesserte Anhaftung des zweiten Schaumstoffelements an dem ersten Schaumstoffelement sichergestellt werden kann. Vorzugsweise werden das erste und das zweite Schaumstoffelement aus einem Material, insbesondere aus demselben Material, hergestellt, dessen Glasübergangstemperatur deutlich unterhalb von der Schmelztemperatur, vorzugsweise 135°C bis 150°C darunter, liegt. Denn dadurch ist es möglich, dass das zweite Schaumstoffelement, welches auf das erste Schaumstoffelement aufgelegt wird, in das erste Schaumstoffelement hineingepresst bzw. hineingestaucht wird, ohne dass die zellulare Struktur der beiden Schaumstoffelemente beschädigt wird. Aufgrund dieser Stauchung wird die Dichte bei den beiden Schaumstoffelementen lokal erhöht und die Druckfestigkeit gleichermaßen verbessert. Insbesondere wenn zwischen den beiden Schaumstoffelementen eine Bindeschicht, vorzugsweise eine thermoplastische Schmelzschicht oder eine Klebeschicht, angeordnet wird, kann eine verbesserte stoffschlüssige und formschlüssige Verbindung zwischen den üblicherweise randseitig offenporigen Schaumstoffelementen erzielt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schaumstoffkernschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyethylenterephthalat, hergestellt wird. Vorzugsweise werden die Deckschichten aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polypropylen, hergestellt. Dadurch, dass vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff bei der Schaumstoffkernschicht und den Deckschichten eingesetzt wird, können die Schaumstoffkernschicht und die Deckschichten auf besonders einfache Weise erhitzt und aufgeschmolzen werden, sodass das Sandwichhalbzeug auf besonders einfache Weise aus der Schaumstoffkernschicht und den Deckschichten hergestellt werden kann. Die Steigerung der mechanischen Druckeigenschaften der thermoplastischen Schaumstoffkernschicht ist unter anderem darin begründet, dass die Verpressung im heißen Zustand während der Bauteilherstellung erfolgt. Hierbei wird die Schaumstoffkernschicht nahezu auf die Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Matrix der Deckschichten erwärmt. Bei dieser Temperatur, welche bei PP im Bereich von circa 160°C bis 250°C liegt, lässt sich nämlich die Schaumstoffkernschicht aus PET stauchen, ohne dass die Zellwände der Schaumstoffkernschicht brechen oder aufschmelzen. Die plastisch gestauchte Schaumstruktur kann durch Materialverdichtung höhere Kräfte aufnehmen, wodurch die Druckeigenschaften der Schaumstoffkernschicht lokal gesteigert werden können. Hierdurch kann in diesem Bereich eine erhöhte mechanische Belastbarkeit, beispielsweise hinsichtlich der Druck-, Schub- oder Zugeigenschaften, des Sandwichverbunds erreicht werden, ohne dass der gesamte Sandwichverbund auf die erhöhten Anforderungen an bestimmten Stellen des Sandwichbauteils dimensioniert werden muss.
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Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil umfasst eine Schaumstoffkernschicht, an welcher oberseitig eine erste Deckschicht und unterseitig eine zweite Deckschicht angeordnet ist, wobei sich das erfindungsgemäße Sandwichbauteil dadurch auszeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der Schaumstoffkernschicht eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils anzusehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenschnittansicht eines Sandwichbauteils, welches eine Schaumstoffkernschicht aufweist, an welcher oberseitig eine erste Deckschicht und unterseitig eine zweite Deckschicht angeordnet ist, wobei ein Teilbereich der Schaumstoffkernschicht eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht aufweist;
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2 eine schematische Darstellung eines Herstellvorgangs eines Sandwichhalbzeugs, wobei aus einer als Endlosmaterial bereitgestellten Schaumbahn einzelne Abschnitt entfernt und dafür Verstärkungselemente eingesetzt werden;
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3 eine schematische Darstellung eines Umformvorgangs, bei welchem mittels eines Umformwerkzeugs das Sandwichbauteil hergestellt wird; und
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4 eine weitere schematische Darstellung eines alternativen Herstellverfahrens des Sandwichbauteils, wobei in einem Bereich zwei Schaumstoffelemente übereinander angeordnet und anschließend miteinander verpresst werden.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Sandwichbauteil 10 ist in einer schematischen Seitenschnittansicht in 1 gezeigt. Das Sandwichhalbzeug 10 umfasst eine Schaumstoffkernschicht 12, wobei oberseitig eine erste Deckschicht 14 und unterseitig eine zweite Deckschicht 16 an der Schaumstoffkernschicht 12 angeordnet sind. Die Schaumstoffkernschicht 10 ist dabei aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat, kurz als PET bezeichnet, hergestellt. Die Deckschichten 14, 16 sind aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polypropylen, kurz als PP bezeichnet, hergestellt. Als Verstärkungsfasern können beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern, Naturfasern oder Kohlestofffasern vorgesehen werden.
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Zur besseren Anbindung der Deckschichten 14, 16 an die Schaumstoffkernschicht 12 ist zwischen den Deckschichten 14, 16 und der Schaumstoffkernschicht eine jeweilige thermoplastische Bindeschicht 18 angeordnet. Bei der Bindeschicht 18 kann es sich beispielsweise um eine thermoplastische Schmelzschicht oder eine Klebeschicht handeln. Durch das Vorsehen der thermoplastischen Bindeschichten 18 wird eine verbesserte Verbindung zwischen der Schaumstoffkernschicht 12 und den Deckschichten 14, 16 ermöglicht. Die Verbindung kann stoffschlüssig, formschlüssig oder durch Adhäsion erfolgen.
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Zumindest ein Teilbereich 20 der Schaumstoffkernschicht 12 weist dabei eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht 12 auf. Der Teilbereich 20 mit der erhöhten mechanischen Belastbarkeit wird dabei in dem Bereich des Sandwichbauteils 12 hergestellt, wo besonders hohe Beanspruchungen während des Einsatzes oder während der Herstellung des Sandwichbauteils 10 wirken. Nachfolgend werden anhand der 2 bis 4 unterschiedliche Herstellverfahren erläutert, mittels welchen der Teilbereich 20 mit der erhöhten mechanischen Belastbarkeit hergestellt werden kann.
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In 2 ist in einer schematischen Darstellung die Herstellung der Schaumstoffkernschicht 12 dargestellt. Die Schaumstoffkernschicht 12 wird aus einer Schaumbahn 22 hergestellt, welche in Form eines Endlosmaterials bereitgestellt wird. Mittels eines Stanzwerkzeugs 24 werden aus der Schaumbahn 20 jeweilige Abschnitte 26 ausgestanzt. An den Stellen, an welchen die Abschnitte 26 aus der Schaumbahn 22 ausgestanzt worden sind, werden jeweils Verstärkungselemente 28 eingesetzt und mit der restlichen Schaumbahn 22 verbunden, insbesondere verklebt. Bei den Verstärkungselementen 28 kann es sich je nach Beanspruchungshöhe um einen Festkörper aus Kunststoff oder Metall handeln. Alternativ ist es auch möglich, dass als die Verstärkungselemente 28 ein Schaumstoff gewählt wird, welcher eine höhere Dichte und Druckfestigkeit als die Schaumbahn 22 aufweist. Die mit den Verstärkungselementen 28 versehene Schaumbahn 22 wird nun mit den Deckschichten 14, 16 versehen, wobei zwischen den Deckschichten 14, 16 und der Schaumbahn 22 zur verbesserten Anbindung die vorzugsweise thermoplastischen Bindeschichten 18 vorgesehen werden. Hiernach wird die mit den Deckschichten 14, 16 versehene Schaumbahn 22 konfektioniert, erhitzt und verpresst, sodass jeweilige Sandwichhalbzeuge 32 bereitgestellt werden, welche die Verstärkungselemente 28 aufweisen. Es ist denkbar, den warmen Zustand des Halbzeugs 32 zu nutzen, um es, da es noch relativ flexibel ist, einer Weiterverarbeitung zukommen zu lassen.
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Zumeist wird das Halbzeug 32 jedoch erst einmal gelagert und bei Bedarf zur Bearbeitung hervorgeholt. Das Halbzeug 32 wird dabei zuerst in einem Presswerkzeug, insbesondere einer Plattenpresse einem Aufheizvorgang unterzogen, so dass der Thermoplast weich und plastisch für eine weitere Verarbeitung verformbar wird. In 3 ist ein schematischer Umformvorgang mittels eines Umformwerkzeugs 30 gezeigt, mittels welchem aus dem besagten heißen Sandwichhalbzeug 32 das fertige Sandwichbauteil 10 hergestellt wird. Jeweilige, aus der Schaumbahn 22 und den Deckschichten 14, 16 hergestellte Sandwichhalbzeuge 32, die die Verstärkungselemente 28 aufweisen, werden zwischen jeweiligen Werkzeughälften 34 des Umformwerkzeugs 30 angeordnet und zunächst erhitzt. Hierbei wird die Schaumstoffkernschicht 12 auf die Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Anteile der Deckschichten 14, 16 erwärmt. Bei dieser Temperatur von circa 160°C bis 250°C lässt sich die Schaumstoffkernschicht 12 stauchen, ohne dass die Zellwände der Schaumstoffkernschicht 12 brechen oder aufschmelzen. Durch Schließen der Werkzeughälften 34 wird das erwärmte Sandwichhalbzeug 32 zu dem Sandwichbauteil 10 umgeformt und kann anschließend aus dem geöffneten Umformwerkzeug 30 entnommen werden.
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Anstatt wie in 2 gezeigt jeweilige Abschnitte 26 aus der Schaumbahn 22 zu entfernen und durch Verstärkungselemente 28 zu ersetzen, ist es auch möglich, auf alternative Weisen den Teilbereich 20 mit der erhöhten mechanischen Festigkeit herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, dass der Teilbereich 20 aus demselben Material wie die restliche Schaumstoffkernschicht 12 hergestellt wird, wobei während der Herstellung die restliche Schaumstoffkernschicht 12 stärker als der Teilbereich 20 aufgeschäumt wird. Mit anderen Worten kann also die Schaumextrusion der Schaumstoffkernschicht 12 derart erfolgen, dass der Teilbereich 20 weniger stark aufgeschäumt wird als der restliche Bereich der Schaumstoffkernschicht 12. Der Teilbereich 20 weist dadurch eine höhere Dichte als die restliche Schaumstoffkernschicht 12 auf. Infolgedessen weist der Teilbereich 20 auch eine höhere mechanische Belastbarkeit als die restliche Schaumstoffkernschicht 12 auf.
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Alternativ ist es auch möglich, dass der Teilbereich 20 aus einem anderen Material als die restliche Schaumstoffkernschicht 12 hergestellt und mit der restlichen Schaumstoffkernschicht 12 verbunden, insbesondere verklebt, wird. Beispielsweise können unterschiedliche Schaumstoffblöcke miteinander verklebt werden, um bereits bei der Herstellung der Schaumstoffkernschicht 12 den Teilbereich 20 mit der erhöhten mechanischen Belastbarkeit auszubilden.
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Eine weitere Alternative zur Herstellung der Teilbereichs 20 mit der erhöhten mechanischen Belastbarkeit ist in 4 gezeigt, in welcher schematisch die Herstellung des Sandwichbauteils 10 aus einer alternativen Ausgestaltung des heißen Sandwichhalbzeugs 32 schematisch dargestellt ist. Im vorliegend gezeigten Fall wird die Schaumstoffkernschicht 12 aus einem ersten Schaumstoffelement 36 und aus einem zweiten Schaumstoffelement 38 hergestellt, welches an dem ersten Schaumstoffelement 36 angeordnet wird. Zur besseren Anbindung der beiden Schaumstoffelemente 36, 38 wird zwischen diesen eine weitere, vorzugsweise thermoplastische Bindeschicht 18 vorgesehen. Vorzugsweise werden das erste und das zweite Schaumstoffelement 36, 38 aus demselben Material, vorzugsweise Polyethylenterephthalat (PET), hergestellt.
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Der Vorteil dabei ist, dass die Glasübergangstemperatur der Schaumstoffelemente 36, 38 dabei deutlich unterhalb der Schmelztemperatur der Deckschichten 14, 16 liegt. Das in das Umformwerkzeug 30 eingelegte Sandwichhalbzeug 32 wird auf eine Temperatur von circa 160°C bis 250°C erhitzt. Dadurch werden die Schaumstoffelemente 36, 38 nahezu auf die Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Anteile der Deckschichten 14, 16 erwärmt. Nach dem Erhitzen des Sandwichhalbzeugs 32 werden die Werkzeughälften 34 geschlossen, sodass das zweite Schaumstoffelement 38 beim Umformen des erwärmten Sandwichhalbzeugs 32 unter Ausbildung des Teilbereichs 20 in das erste Schaumstoffelement 36 hineingepresst wird.
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Dadurch, dass die Schaumstoffelemente 36, 38 auf die besagte Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Anteile der Deckschichten 14, 16 erhitzt worden sind, lassen sich die jeweiligen Schaumstoffelemente 36, 38 stauchen, ohne dass die Zellwände der Schaumstoffelemente 36, 38 brechen oder aufschmelzen. Beim Verpressen des Sandwichhalbzeugs 32 werden die beiden Schaumstoffelemente 36, 38 plastisch gestaucht und bilden dadurch den Teilbereich 20 mit der erhöhten mechanischen Belastbarkeit aus. Durch die Materialverdichtung kann der Teilbereich 20 höhere Kräfte aufnehmen, wodurch insbesondere die Druckeigenschaften des Sandwichbauteils 10 in dem Teilbereich 20 lokal gesteigert werden. Hierdurch wird in dem Teilbereich 20 eine erhöhte mechanische Belastbarkeit, beispielsweise hinsichtlich der Druck-, Schub- und/oder Zugeigenschaften, des Sandwichverbunds erreicht, ohne dass der gesamte Sandwichverbund auf die erhöhten Anforderungen des Sandwichbauteils 10 dimensioniert werden muss. Gleichzeitig mit der Verpressung der beiden Schaumstoffelemente 36, 38 wird das Sandwichhalbzeug 32 zum Sandwichbauteil 10 bedarfsgerecht umgeformt.
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Obwohl gemäß den Figuren das Verpressen der Schaumstoffelemente 36, 38 im Umformwerkzeug 30 erfolgt, kann dies genauso gut in einer Heizpresse durchgeführt werden, die dazu da ist, das Halbzeug 32 zur erhitzen und für die anschließende Umformung im Umformwerkzeug leichter formbar zu machen. Die Temperaturgestaltung ist die gleiche wie oben erwähnt. Die Aufheizung ist im Übrigen auch konvektiv oder durch Wärmestrahlung möglich.
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Durch die erläuterten Verfahrensweisen ist es also möglich, in bestimmten Bereichen eine erhöhte mechanische Belastbarkeit, insbesondere Festigkeit und/oder Steifigkeit, des Sandwichverbunds zu erzielen, wobei der Materialcharakter des Sandwichverbunds über das gesamte Bauteil gesehen erhalten bleibt. Dadurch können besonders vielseitig einsetzbare Sandwichbauteile 10 ohne großen zusätzlichen Material- und Kostenaufwand hergestellt werden, da die Druckfestigkeit und weitere mechanische Eigenschaften auf einfache Weise lokal erhöht werden können. Insbesondere wird ein unerwünschtes Eindrücken des Sandwichverbunds durch Außeneinflüsse verhindert. Darüber hinaus ist es möglich, insbesondere in dem Teilbereich 20 mit der erhöhten mechanischen Belastbarkeit weitere Komponenten durch ein Spritzgussverfahren an das Sandwichbauteil 10 anzuspritzen ohne das Sandwichbauteil 10 dadurch zu beschädigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006058257 A1 [0002]
