DE202011100166U1

DE202011100166U1 - Formteil

Info

Publication number: DE202011100166U1
Application number: DE202011100166U
Authority: DE
Original assignee: Jacob Plastics GmbH
Current assignee: HBW-GUBESCH THERMOFORMING GMBH, DE
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2012-09-24
Anticipated expiration: 2021-05-04

Abstract

Formteil, welches wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil in wenigstens einem ersten Abschnitt aus einem Thermoplasten und in wenigstens einem zweiten Abschnitt aus einem gewebeverstärkten Kunststoff besteht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einander wenigstens teilweise überlappen und wobei der zweite Abschnitt sich nicht über den gesamten ersten Abschnitt und/oder das gesamte Formteil erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formteil, welches wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Die Erfindung betrifft ferner ein Autobauteil, vorzugsweise eine Sitzschale, eine Rückenlehne oder eine Kofferraumschale.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Formteile wie beispielsweise Sitzschalen für Autositze aus faserverstärkten Kunststoffen zu fertigen. Unter der Vielzahl von bekannten, faserverstärkten Kunststoffen werden dabei typischerweise sogenannte Organobleche verwendet, worunter tafelförmige Bauteile aus einem gewebeverstärkten Thermoplasten oder Duroplasten verstanden werden. Die Hauptvorteile dieser Materialien liegen in deren hoher Steifigkeit im Verhältnis zu deren relativ geringem Gewicht.
Ein Nachteil der Organobleche besteht jedoch in den relativ hohen Anschaffungskosten und auch in den relativ hohen Verarbeitungskosten, da es einer aufwendigen Verarbeitung bedarf. Zudem ist eine dreidimensionale Verformung von Organoblechen nicht oder nur schwer möglich. Ein ständiges Anliegen in der Industrie ist ferner, das Gewicht verschiedener Bauteile weiter zu reduzieren.
Ziel der Erfindung ist es, ein Formteil bereitzustellen, welches mit geringem Kostenaufwand produziert werden kann und ein geringes Gewicht aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Formteil gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demgemäß betrifft die Erfindung ein Formteil, welches wenigstens teilweise aus einem faserverstärktem Kunststoff besteht. Das Formteil ist wenigstens in einem ersten Abschnitt aus einem Thermoplasten und wenigstens in einem zweiten Abschnitt aus einem gewebeverstärkten Kunststoff gefertigt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einander wenigstens teilweise überlappen und dass der zweite Abschnitt sich nicht über den gesamten ersten Abschnitt und/oder das gesamte Formteil erstreckt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Formteil Bereiche aufweist, in deren Querschnittsfläche sowohl der Thermoplast als auch der gewebeverstärkten Kunststoff vorliegt, sowie auch Bereiche, in deren Querschnittsfläche kein gewebeverstärkter Kunststoff vorliegt und die vorzugsweise ausschließlich aus dem Thermoplasten besteht.
Der gewebeverstärkte Kunststoff kann auch als Faserverbundgewebe bezeichnet werden und ist in einer Ausführungsform ein Organoblech beziehungsweise ein Composit-Halbzeug. Auch mattenverstärkte Kunststoffe sind von diesem Begriff im Sinne der Erfindung umfasst. Geeignete Gewebe zum Einsatz im gewebeverstärkten Kunststoff umfassen Leinwandgewebe, Körpergewebe, Atlasgewebe und dergleichen.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Thermoplasten um einen mit losen beziehungsweise mit nicht verwebten Fasern verstärkten Thermoplasten. Dabei können kurzfaserverstärkte Thermoplasten und langfaserverstärkte Thermoplasten umfasst sein.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Thermoplasten um einen langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT). LFT ist ein fließfähiges Kompositmaterial, dessen Verstärkungsfasern eine Länge von wenigstens mehreren Millimetern aufweisen, jedoch nicht zu einem Gewebe oder einer Matte vernetzt sind. In einer Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern im LFT gerichtet. In einer Ausführungsform ist die Anordnung der Verstärkungsfasern im LFT zufällig.
Die Erfindung besteht insbesondere darin, den gewebeverstärkten Kunststoff im Formteil nicht mehr vollflächig, d. h. nicht über die gesamte Erstreckung des Formteils einzusetzen, sondern nur noch abschnittsweise. Vorzugsweise wird dabei eine beanspruchungsgerechte Platzierung durchgeführt, das heißt der gewebeverstärkte Kunststoff kommt im erfindungsgemäßen Formteil nur oder schwerpunktmäßig dort zum Einsatz, wo beim Einsatz des Formteils mit höheren Belastungen als in anderen Bereichen zu rechnen ist. In anderen Abschnitte des Formteils soll der gewebeverstärkte Kunststoff durch einen Thermoplasten, insbesondere LFT ersetzt werden. Davon können Insbesondere Abschnitte umfasst sein, welche dreidimensionale Konturen aufweisen, anderes Material wie insbesondere LFT einfacher in die gewünschte Form zu bringen ist. Zudem ist insbesondere LFT zwar typischerweise weniger steif als ein Organoblech, weist jedoch typischerweise ein geringeres spezifisches Gewicht auf und ist typischerweise in der Anschaffung und Verarbeitung kostengünstiger. Eine insbesondere für beim Einsatz weniger beanspruchte Bereiche des Formteils ausreichende Steifigkeit weist insbesondere LFT jedenfalls auf.
In einer Ausführungsform ist der gewebeverstärkte Kunststoff ein gewebeverstärkter Thermoplast. In einer anderen Ausführungsform ist der gewebeverstärkte Kunststoff ein gewebeverstärkter Duroplast.
Geeignete Thermoplasten zur Verwendung sowohl im insbesondere langfaserverstärkten Thermoplast als auch im gewebeverstärkten Thermoplast umfassen Polypropylen (PP), Polyamid (PA), ein thermoplastisches Polymer auf Urethanbasis (TPU) oder Polyphenylensulfid (PPS). Besonders bevorzugt ist dabei in beiden Fällen der Einsatz von PP oder PA. Im Falle eines Einsatzes von Polyamiden eignen sich insbesondere PA6.6, PA6 oder PA12.
In einer Ausführungsform sind der Thermoplast und der gewebeverstärkte Thermoplast aus identischen Kunststoffen gefertigt. In einer anderen Ausführungsform sind der Thermoplast und der gewebeverstärkte Kunststoff aus unterschiedlichen Kunststoffen gefertigt.
Geeignete Fasern für die Faserverstärkung sowohl des langfaserverstärkten Thermoplast als auch des gewebeverstärkten Thermoplast umfassen Glasfasern, Carbonfasern und Aramidfasern. Dieser Faserarten können alleine oder in Kombination zum Einsatz kommen. Besonders geeignet sind Glasfasern. Der langfaserverstärkte Thermoplast und der gewebeverstärkte Kunststoff können Faserverstärkungen aus identischen oder unterschiedlichen Materialien aufweisen.
Die Kunststoffe des erfindugnsgemäßen Formteils können ferner Füllstoffe, wie beispielsweise Mineralpulver, und andere Zusatzstoffe aufweisen.
In einer Ausführungsform weist der Thermoplast, insbesondere LFT eine Dichte von weniger als etwa 3 kg/dm³, vorzugsweise eine Dichte von weniger als etwa 2,5 kg/dm³, und weiter vorzugsweise eine Dichte von weniger als etwa 2 kg/dm³.
In einer Ausführungsform beträgt der prozentuelle Gewichtsanteil der Faserverstärkung am Gesamtgewicht des LFT zwischen etwa 5% und etwa 30%, vorzugsweise zwischen etwa 10% und etwa 20%.
In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Formteil so ausgeführt, dass der erste und der zweite Abschnitt aneinander angrenzen und vorzugsweise wenigstens teilweise überlappen. Beispielsweise kann der gewebeverstärkte Kunststoff teilweise oder vollständig vom Thermoplasten umgeben sein.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Formteil um ein flächiges Formteil, welches vorzugsweise dreidimensional verformt bzw. aufgebogen ist. Unter einer flächen Gestalt ist eine tafelförmigen bzw. blechförmige Gestalt zu verstehen.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten und dem zweiten Abschnitt um jeweils flächige Schichten, die schichtartig oder sandwichartig angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist das Formteil wenigstens abschnittsweise in Schichtbauweise oder Sandwichbauweise gefertigt. Es ist denkbar, dass eine Schicht des gewebeverstärkten Kunststoffes beidseitig von je einer Schicht des Thermoplasten vorzugsweise vollständig bedeckt ist.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt über einen größeren Bereich, vorzugsweise eine größere Fläche des Formteils als der zweite Abschnitt. Bevorzugt ist dabei, dass sich der erste Abschnitt über das gesamte Formteil. Der gewebeverstärkte Kunststoff des zweiten Abschnitts kann so den langfaserverstärkten Thermoplast des ersten Abschnitts abschnittsweise und beanspruchsgerecht verstärken.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der flächige erste Abschnitt über das gesamte Formteil und weist einen oder mehrere Bereiche auf, in denen schichtartig und/oder sandwichartig eine flächige Lage des zweiten Abschnitts assoziiert ist.
In einer Ausführungsform sind die Kunststoffe des Thermoplasten und des gewebeverstärkten Kunststoffes im Kontaktbereich zwischen den Abschnitten miteinander verschmolzen. Dies kann beispielsweise durch Heißpressen des erfindungsgemäßen Formteils erreicht werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Fertigung des erfindungsgemäßen Formteils, dass der gewebeverstärkte Kunststoff in einer Presse geformt und mit einem fließfähigen Thermoplasten umpresst wird.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Formteil um ein Autobauteil, vorzugsweise eine Sitzschale, eine Rückenlehne, eine Ablage oder eine Kofferraumschale. Unter der Rückenlehne soll hier präzise eine schalenförmige Hinterlegung einer Rückenlehne verstanden werden. Besonders bevorzugt ist der Einsatz als Sitzschale.
Die Erfindung betrifft ferner ein Autobauteil gemäß Anspruch 17. Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Autobauteil vorgesehen, welches ein oder mehrere erfindungsgemäße Formteile aufweist oder daraus besteht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Autobauteil um eine Sitzschale, eine Rückenlehne, eine Ablage oder eine Kofferraumschale.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Figuren und Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht einer Sitzschale aus dem Stand der Technik und
2: eine Obenansicht einer erfindungsgemäßen Sitzschale.
In 1 wird mit Bezugszeichen 100 generell eine Sitzschale aus dem Stand der Technik bezeichnet, welche vollständig aus einem Organoblech, d. h. einem gewebeverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Dieses Bauteil weist eine hohe Festigkeit auf, ist in der Produktion jedoch vergleichsweise teuer.
In 2 wird mit Bezugszeichen 10 eine erfindungsgemäße Sitzschale bezeichnet, welche erfindungsgemäß aus mehreren Abschnitten 20 bis 24 und 30 bis 24 besteht, welche jeweils verschiedene Materialeigenschaften aufweisen.
Eine Schichte aus LFT erstreckt sich über die gesamte Sitzschale 10, und ist in manchen Bereichen 21, 22, 23, 24 mit einem Organoblech 20 verstärkt. Das Organoblech ist flächig mit dem flächigen LFT verpresst bzw. verschmolzen.
Die verstärkten Abschnitte überlappen kreuzförmig im Zentrum des Bauteils. In den verstärkten Bereichen ist mit einer höheren Belastung zu rechnen. Diese Bereiche umfassen den Bodenbereich der Sitzschale und damit den stabilitätsgebenden Auflagebereich des Sitzes, und Abschnitte des seitlichen Bereichs, welche für die stabile Lagerung des eingefassten Sitzkissens und für eine hinreichende Steifigkeit des Autositzes sorge tragen.
In den weniger beanspruchten Eckbereichen 31, 32, 33, 34 ist die Sitzschale ausschließlich aus LFT gefertigt. Für den Einsatz in diesen Bereichen weist LFT eine hinreichende Stabilität auf und die komplexe Formgebung in diesen Bereichen kann zudem einfacher und kostengünstiger erreicht werden.
Eine Verbindung der Abschnitte 20 und 30 kann in einem einzigen Verarbeitungsschritt beispielsweise durch Heißpressen einfach erreicht werden.
Im Folgendem soll ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formteils dargelegt werden:
Ein Organoblech der Firma TEPEX^® (beispielsweise TEPEX^® x01, TEPEX^® x02, TEPEX^® x06, TEPEX^® x07 oder TEPEX^® x08) wird zugeschnitten und bereitgestellt.
Auf dieses Organoblech wird ein fließfähiges LFT-Komposit aufgelegt. Geeignete langfaserverstärkte Thermoplaste umfassen insbesondere glasfaserverstärkte Thermoplaste, wie beispielsweise glasfaserverstärktes LFT auf PA6-Basis mit einer Dichte von 1.8 kg/dm³, welches u. a. eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, oder glasfaserverstärktes LFT auf PP-Basis mit einer Dichte von 1.68 kg/dm³, welches u. a. hydrophob ist.
Die Komponenten werden mit Hilfe des TFC^® (tailored flowable composite) Verfahrens zu einem erfindungsgemäßen Formteil verpresst. TFC^® umfasst eine Kombination aus Presen und Fließpressen, bei dem in einem Hub das Organoblech geformt und mit fließfähigem LFT umpresst wird. Eine weitere Nachbearbeitung ist vorzugsweise nicht erforderlich.
Zusammenfassend ergibt sich, dass ein erfindungsgemäßes Formteil einfach und kostengünstig gefertigt werden kann, ein geringes Gewicht aufweist und alle Stabilitätsanforderungen für den gewünschten Einsatzzweck erfüllt.

Claims

Formteil, welches wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil in wenigstens einem ersten Abschnitt aus einem Thermoplasten und in wenigstens einem zweiten Abschnitt aus einem gewebeverstärkten Kunststoff besteht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einander wenigstens teilweise überlappen und wobei der zweite Abschnitt sich nicht über den gesamten ersten Abschnitt und/oder das gesamte Formteil erstreckt.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Thermoplasten um einen langfaserverstärkten Thermoplasten handelt.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gewebeverstärkten Kunststoff um einen gewebeverstärkten Thermoplasten oder Duroplasten handelt.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff des Thermoplasten und/oder des gewebeverstärkten Thermoplasten um Polypropylen, Polyamid, ein thermoplastisches Polymer auf Urethanbasis oder Polyphenylensulfid, vorzugsweise Polypropylen oder Polyamid handlet.
Formteil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid PA6.6, PA6 oder PA12 ist.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast und der gewebeverstärkte Kunststoff identische Kunststoffe aufweisen.
Formteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast und der gewebeverstärkte Kunststoff unterschiedliche Kunststoffe aufweisen.
Formteil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung des langfaserverstärkten Thermoplasten und/oder des gewebeverstärkten Thermoplasten Glasfasern und/oder Carbonfasern und/oder Aramidfaser, insbesondere Glasfasern aufweist oder daraus besteht.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast eine Dichte von weniger als 3 kg/dm³, vorzugsweise von weniger als 2,5 kg/dm³ und weiter vorzugsweise von weniger als 2 kg/dm³ aufweist.
Formteil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung des langfaserverstärkten Thermoplasten zwischen 5 Gew.-% und 30 Gew.-% und vorzugsweise zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-% liegt.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein flächiges Formteil handelt.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten und dem zweiten Abschnitt um flächige Schichten handelt, die schichtartig oder sandwichartig angeordnet sind.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abschnitt über einen größeren Bereich, gegebenenfalls eine größere Fläche ausdehnt als der zweite Abschnitt, und sich vorzugsweise über das gesamte Formteil erstreckt.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffe des Thermoplasten und des gewebeverstärkten Kunststoffes im Kontaktbereich miteinander verschmolzen sind.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt in einer Presse geformt und mit dem fließfähigen Thermoplasten umpresst wird.
Formteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Autobauteil, vorzugsweise eine Sitzschale, eine Rückenlehne, eine Ablage oder eine Kofferraumschale handelt.
Autobauteil, vorzugsweise Sitzschale, Rückenlehne, Ablage oder Kofferraumschale, dadurch gekennzeichnet, dass das Autobauteil ein oder mehrere Formteile gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist oder daraus besteht.