DE202014102409U1 - composite component - Google Patents

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Abstract

Verbundbauteil (1), gekennzeichnet durch einen Schaumkern (2), welcher zumindest teilweise mit einer Deckschicht (3) aus Acrylnitril-Butadien-Styrol versehen ist.Composite component (1), characterized by a foam core (2) which is at least partially provided with a cover layer (3) made of acrylonitrile-butadiene-styrene.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a composite component according to the preamble of claim 1.

Im Fokus der Materialentwicklung stehen immer wieder neue Materialsysteme, integrierte Produktionstechniken und Innovationen für die Anwendungsmärkte, insbesondere für den Automobilsektor, gefolgt von den Bereichen Luft- und Raumfahrt und dem allgemeinen Maschinenbau.The focus of material development is always on new material systems, integrated production techniques and innovations for the application markets, especially for the automotive sector, followed by the aerospace and general mechanical engineering sectors.

Bei dem sogenannten „One-Shot-Sandwich”-Prozess können bisher faserverstärkte thermoplastische Deckschichten, auch Organobleche genannt, mit einem Kernmaterial in sehr kurzer Zykluszeit zu enorm steifen Sandwich-Bauteilen gepresst werden. Gute Verbindungen entstehen durch die Verwendung von Organoblechen mit den Schäumen PET oder PMI als Kernmaterial. Durch das „One-Shot-Sandwich”-Verfahren können Bauteile kostenoptimiert in großer Stückzahl und mit geringer Produktionszeit hergestellt werden.In the so-called "one-shot sandwich" process, previously fiber-reinforced thermoplastic cover layers, also called organic sheets, can be pressed with a core material in a very short cycle time to form extremely stiff sandwich components. Good connections are created by the use of organic sheets with foams PET or PMI as core material. Thanks to the "one-shot-sandwich" process, components can be produced cost-effectively in large quantities and with short production times.

Eine immer steigende Differenziertheit der Branchen macht eine ständige Materialneuentwicklung unverzichtbar. Eine wichtige Vorrausetzung für den Erfolg von Verbundwerkstoffen in den Anwendungsindustrien bleibt die Automatisierung großserientauglicher Fertigungsprozesse für Composite-Bauteile.An ever-increasing variety of industries makes a constant new material development indispensable. An important prerequisite for the success of composites in the application industries remains the automation of large-scale production processes for composite components.

Im Bereich der Automatisierung wurden mit einer neuen Produktionstechnologie „MULTISHAPE” weitere Bauteilgeometrien entwickelt, die ihren Ursprung aus dem Thermoformen haben. Mittlerweile können im „MULTISHAPE” serientaugliche Produkte mittels Thermopressen bzw. im sogenannten „One-Shot-Sandwich-„ oder „Twin-Sheet-Verfahren” gefertigt werden.In the field of automation, further component geometries have been developed with a new production technology "MULTISHAPE", which originate from thermoforming. In the meantime, "MULTISHAPE" can be used to produce series-ready products using thermal presses or in the so-called "one-shot sandwich" or "twin-sheet process".

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verbundbauteil der bekannten Art um neue Ansätze für Leichtbaukonzepte zu erweitern.The object of the invention is to expand a composite component of the known type to new approaches for lightweight construction.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.According to the invention this object is achieved with the features mentioned in claim 1. The other dependent claims relate to advantageous embodiments and further developments of the invention.

Die Erfindung schließt ein Verbundbauteil ein, bestehend aus einem Schaumkern, welcher zumindest teilweise mit einer Deckschicht aus Acrylnitril-Butadien-Styrol, abgekürzt ABS, versehen und/oder überzogen ist.The invention includes a composite component consisting of a foam core, which is at least partially provided with a cover layer of acrylonitrile-butadiene-styrene, abbreviated ABS, and / or coated.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der Schaumkern aus unterschiedlichen Materialien bestehen kann und im Vergleich zum ABS mit gleichem Volumen um ein Vielfaches leichter ist. Dies kann in Abhängigkeit von der Rohdichte des Schaumkerns das 5-fache bis 18-fache oder sogar mehr betragen. Das ABS kann aus unterschiedlichen Mengenverhältnissen der Bestandteile Acrylnitril, Butadien und Styrol zusammengesetzt sein. Bei in der Praxis üblichen Zusammensetzungen beträgt das Mengenverhältnis dieser Monomere 15–35% Acrylnitril, 5–30% Butadien und 40–60% Styrol. Mit diesen Zusammensetzungen werden bezüglich der Reißdehnung, dem Ausdehnungskoeffizienten sowie den Dauergebrauchseigenschaften bereits optimierte Eigenschaften bei ABS-Oberflächenschichten erzielt. Derartige ABS-Zusammensetzungen können in einem Temperaturbereich von 220–250°C im flüssigen Zustand auf den Schaumkern aufgetragen werden. Die ABS-Oberflächenschichten können eine gleiche oder auch variable Dicke aufweisen.The invention is based on the consideration that the foam core can be made of different materials and compared to the ABS with the same volume is many times easier. This may be 5 times to 18 times or even more, depending on the bulk density of the foam core. The ABS can be composed of different proportions of the constituents acrylonitrile, butadiene and styrene. In conventional compositions, the proportion of these monomers is 15-35% acrylonitrile, 5-30% butadiene and 40-60% styrene. With these compositions already optimized properties are achieved with respect to the elongation at break, the expansion coefficient and the continuous use properties in ABS surface layers. Such ABS compositions may be applied to the foam core in the liquid state at a temperature range of 220-250 ° C. The ABS surface layers may have an equal or variable thickness.

Das Verbundbauteil kann als Sandwichbauteil überall dort eingesetzt werden, wo bisher massive ABS-Bauteile Einsatz finden, insbesondere im Automotivbereich. Eine Gewichtsersparnis findet überall dort statt, wo derzeit noch vergleichsweise dickes ABS verarbeitet wird. Durch den Sandwichaufbau wird durch den Schaumkern entsprechend Gewicht eingespart.The composite component can be used as a sandwich component wherever previously massive ABS components are used, especially in the automotive sector. A weight saving takes place wherever currently comparatively thick ABS is processed. Due to the sandwich construction, the foam core saves weight accordingly.

Die Rohform für ein Verbundbauteil wird beispielsweise im „One-Shot-Verfahren” mit einem Sandwichaufbau als Verbundbauplatte hergestellt. Hierbei können die Deckschichten in einer Prozessfolge aufgetragen und mit dem Schaumkern verbunden werden.The raw form for a composite component is produced, for example, in the "one-shot process" with a sandwich construction as a composite structural panel. Here, the cover layers can be applied in a sequence and connected to the foam core.

Die beschichtete Rohform wird anschließend über eine sogenannte „Multishape”-Anlage beidseitig erhitzt und zwischen einem Stempel und einer Matrize geformt und komprimiert. Der stoffschlüssige Verbund wird über das Erwärmen der beiden Materialien auf Umformtemperatur, die Komprimierung und Abkühlung im Umformwerkzeug weiter verstärkt.The coated raw form is then heated on both sides by means of a so-called "multishape" system and shaped and compressed between a punch and a die. The cohesive bond is further enhanced by heating the two materials to forming temperature, compressing and cooling in the forming tool.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass das Sandwichbautel eine enorme Gewichtseinsparung gegenüber reinem ABS aufweist. Dies bei vergleichbaren oder sogar höheren Festigkeitswerten. Zudem ist die Oberfläche mit ABS-Beschichtung mechanisch bearbeitbar und lackierbar. Zur Herstellung kann das besonders wirtschaftliche „One-Shot-Verfahren” eingesetzt werden, mit dem insbesondere dreidimensionale Formen auf einfache Weise gefertigt werden können. Dabei werden keine zusätzlichen Klebewerkstoffe benötigt.A particular advantage of the invention is that the Sandwichbautel has an enormous weight saving compared to pure ABS. This at comparable or even higher strength values. In addition, the surface with ABS coating is mechanically machinable and paintable. For the production, the particularly economical "one-shot method" can be used, with which in particular three-dimensional shapes can be manufactured in a simple manner. No additional adhesive materials are needed.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Schaumkern eine Dichte von 60 kg/m3 bis 210 kg/m3 aufweisen. Der Schaumkern ist dadurch, im Vergleich zum gleichen Volumen ABS, um ein Vielfaches leichter. Hierbei können alle Schaumarten und Schaumzusammensetzungen Verwendung finden, die einen Deckschichtauftrag aus ABS gestatten und die thermisch umgeformt werden können.In a preferred embodiment of the invention, the foam core may have a density of 60 kg / m 3 to 210 kg / m 3 . The foam core is thus many times lighter compared to the same volume of ABS. In this case, all types of foam and foam compositions can be used, which allow a cover layer of ABS and which can be thermoformed.

Vorteilhafterweise kann der Schaumkern aus Polyethylenterephthalat, abgekürzt PET, bestehen. Der PET-Schaum kann in verschiedenen Rohdichten vorliegen. Besonders bevorzugt handelt es sich auch hier um die Rohdichten von 60 kg/m3 bis 210 kg/m3.Advantageously, the foam core may consist of polyethylene terephthalate, abbreviated to PET. The PET foam can be present in various densities. Particularly preferably, this is also the bulk densities of 60 kg / m 3 to 210 kg / m 3 .

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verbundbauteil durch einen unter erhöhter Temperatur ablaufenden Umformprozess hergestellt sein.In an advantageous embodiment, the composite component can be produced by a forming process taking place at elevated temperature.

Vorteilhafterweise kann das Verbundbauteil durch den Umformprozess komprimiert sein.Advantageously, the composite component can be compressed by the forming process.

Bevorzugt kann das Verbundbauteil im Umformprozess durch einen Stempel und eine Matrize umgeformt und/oder komprimiert sein. Hier können innerhalb von kurzen Taktzeiten fertige Bauteile in hohen Stückzahlen in unterschiedlichen, anspruchsvollen Geometrien und Deckschichten gefertigt werden. Lange Fräszeiten gehören dadurch der Vergangenheit an.Preferably, the composite component can be formed and / or compressed in the forming process by a punch and a die. Here, finished components can be manufactured in high numbers in different, demanding geometries and cover layers within short cycle times. Long milling times are a thing of the past.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann eine Verbundbauplatte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils einen Schaumkern aufweisen, welcher beidseitig flächig mit einer Deckschicht aus Acrylnitril-Butadien-Styrol versehen ist.In a preferred embodiment of the invention, a composite building board for producing a composite component according to the invention may comprise a foam core, which is provided on both sides with a surface layer of acrylonitrile-butadiene-styrene.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantageous developments and refinements of the invention will become apparent from the embodiments described in principle below with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 schematisch eine Ansicht eines Verbundbauteils mit Deckschicht an der Oberseite; 1 schematically a view of a composite component with cover layer at the top;

2 schematisch eine Ansicht eines Verbundbauteils mit beidseitiger Deckschicht; 2 schematically a view of a composite component with double-sided cover layer;

3 schematisch einen Querschnitt einer Verbundbauplatte. 3 schematically a cross section of a composite board.

1 zeigt schematisch eine Ansicht eines Verbundbauteils 1 mit Deckschicht 3 an der Oberseite eines Schaumkerns 2. Die Deckschicht 3 besteht aus Acrylnitril-Butadien-Styrol, welches ganzflächig mit konstanter Dicke aufgebracht ist. Der Schaumkern 2 kann eine variierende Dicke in Form einer Ausbuchtung aufweisen, die ganzflächig mit der Deckschicht 3 versehen ist. Nicht vollständig umschließende Deckschichten 3 sind bevorzugt dort aufgebracht, wo die Oberfläche freiliegt und äußeren Einflüssen ausgesetzt ist. In den Bereichen, welche beim Verbauen mit anderen Bauteilen zusammengefügt werden, sind keine Deckschichten nötig. Dort bildet der Schaumkern selbst die Oberfläche des Verbundbauteils 1. 1 schematically shows a view of a composite component 1 with cover layer 3 at the top of a foam core 2 , The cover layer 3 consists of acrylonitrile-butadiene-styrene, which is applied over its entire surface with a constant thickness. The foam core 2 may have a varying thickness in the form of a bulge, the entire surface with the cover layer 3 is provided. Not completely enclosing cover layers 3 are preferably applied where the surface is exposed and exposed to external influences. In the areas which are joined together with other components, no cover layers are necessary. There, the foam core itself forms the surface of the composite component 1 ,

2 zeigt schematisch eine Ansicht eines Verbundbauteils 1 mit beidseitiger Deckschicht 3 an der Oberfläche eines Schaumkerns 2. Allseitige Deckschichten als Oberflächenschutz werden bei eigenständigen Gegenständen aufgebracht sein, welche nicht weiter verbaut werden und bei denen die gesamte Oberfläche geschützt werden muss. 2 schematically shows a view of a composite component 1 with double-sided cover layer 3 on the surface of a foam core 2 , All-round cover layers as surface protection will be applied to stand-alone objects which are not further installed and in which the entire surface must be protected.

3 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Verbundbauplatte 5 mit einem Schaumkern 2, welcher beidseitig flächig mit einer Deckschicht 3 aus Acrylnitril-Butadien-Styrol versehen ist. Derartige Verbundbauplatten 5 dienen zur Herstellung eines Verbundbauteils 1, indem diese unter thermischem Einfluss umgeformt und gegebenenfalls komprimiert werden. 3 schematically shows a cross section of a composite building board 5 with a foam core 2 , which is flat on both sides with a cover layer 3 made of acrylonitrile-butadiene-styrene. Such composite building panels 5 serve to produce a composite component 1 by being transformed under thermal influence and optionally compressed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbundbauteilcomposite component
22
Schaumkernfoam core
33
Deckschichttopcoat
55
Verbundbauplattecomposite plate

Claims (7)

Verbundbauteil (1), gekennzeichnet durch einen Schaumkern (2), welcher zumindest teilweise mit einer Deckschicht (3) aus Acrylnitril-Butadien-Styrol versehen ist.Composite component ( 1 ), characterized by a foam core ( 2 ), which at least partially with a cover layer ( 3 ) is provided from acrylonitrile-butadiene-styrene. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkern (2) eine Dichte von 60 kg/m3 bis 210 kg/m3 aufweist.Composite component ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the foam core ( 2 ) has a density of 60 kg / m 3 to 210 kg / m 3 . Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkern (2) aus Polyethylenterephthalat besteht.Composite component ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the foam core ( 2 ) consists of polyethylene terephthalate. Verbundbauteil (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es durch einen unter erhöhter Temperatur ablaufenden Umformprozess hergestellt ist.Composite component ( 11 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is produced by a running under elevated temperature forming process. Verbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es durch den Umformprozess komprimiert ist.Composite component ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is compressed by the forming process. Verbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es im Umformprozess durch einen Stempel und eine Matrize umgeformt und/oder komprimiert ist.Composite component ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is formed in the forming process by a punch and a die and / or compressed. Verbundbauplatte (5), gekennzeichnet durch einen Schaumkern (2), welcher beidseitig flächig mit einer Deckschicht (3) aus Acrylnitril-Butadien-Styrol versehen ist, zur Herstellung eines Verbundbauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.Composite board ( 5 ), characterized by a foam core ( 2 ), which on both sides with flat a cover layer ( 3 ) is provided from acrylonitrile-butadiene-styrene, for the production of a composite component according to one of claims 1 to 6.
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