HOECKER, Frank (Max-Reger-Strasse 5, Dornstadt, 89160, DE)
DAUNER, Willy (Untere Vorstadt 4, Sindelfingen, 71063, DE)
HOECKER, Frank (Max-Reger-Strasse 5, Dornstadt, 89160, DE)
| Patentansprüche 1. Verbundbauteil aus mindestens 3 unterschiedlichen Materialschichten, gekennzeichnet, durch den folgenden Schichtaufbau a) Trägerschicht oder Trägerstruktur aus Metall und/oder faserverstärktem Kunststoff b) Haftvermittlerschicht aus Elastomer c) Deckschicht aus Kohlenstofffaser- oder Kohlenstoffmischfaserverstärktem Kunststoff, wobei der Kunststoff und die Anordnung der Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffmischfasern so gewählt sind, dass die Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffmischfasern an der Oberfläche der Deckschicht optisch sichtbar sind. 2. Verbundbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Trägerschicht oder Trägerstruktur aus Stahl und/oder Aluminiumlegierung aufgebaut ist. 3. Verbundbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoff der Trägerschicht oder Trägerstruktur aus Kohlenstoff-, Aramid- und/oder Glasfaser-verstärktem Kunstharz aufgebaut ist. 4. Verbundbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht oder Trägerstruktur aus faserverstärktem Kunstharz nach dem SMC, BMC oder RTM Verfahren gebildet ist. 5. Verbundbauteil aus einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht aus Elastomer gebildet ist, das ein oder beidseitig eine Kleberschicht trägt. 6. Verbundbauteil aus einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer durch einen Kleber gebildet ist. 7. Verbundbauteil aus einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer aus Kautschuk, Silikonkautschuk oder Gummi gebildet ist. 8. Verbundbauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffmischfaserverstärkung gebildet ist aus einer Mischung von Kohlenstofffasern und Aramidfasern, Glasfasern, Cellulose, Naturfasern und/oder Baumwollfasern, wobei alle Fasertypen als individuelle Faserstränge nebeneinander oder in einem Faserstrang gemischt angeordnet sein können. 9. Verbundbauteil aus einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung durch ein Gewebe, Gewirk, oder Gestrick aus Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffmischfasern gebildet ist. 10. Verbundbauteil aus einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Faserverstärkung nicht in Wirrlage angeordnet sind, sondern auf der Oberfläche erkennbare geometrische Muster ergeben. 11. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung aus Kohlenstoffmischfaserverstärkung einen hohen Anteil an Naturfasern aufweist und in Wirrlage angeordnet ist. 12. Verbundbauteil aus einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten mehrfach im Verbundbauteil auftreten, wobei zumindest zwischen jeder Trägerschicht und Deckschicht eine Elastomerschicht angeordnet ist. 13. Verbundbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Trägerschichten, den gleichen Aufbau hat wie die Deckschicht. 14. Verbundbauteil aus einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Trägerschicht blechförmig oder die Trägerstruktur säulenartig oder stabförmig ausgebildet ist. 15. Flächenbauteil in Kraftfahrzeugen, insbesondere Türen, Klappen oder Dächer, aus Metallblech und/oder faserverstärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Deckschicht aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff trägt, welche über eine elastomere Zwischenschicht angebunden ist, wobei die Kohlenstofffasern der Deckschicht optisch erkennbar hervortreten. 16. Flächenbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Deckschicht mit einer transparenten oder durchscheinenden Lackschicht versiegelt ist. 17. Flächenbauteil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht nur zum untergeordneten Teil zur lasttragenden Funktion des gesamten Flächenbauteils beiträgt. 18. Flächenbauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine maximale Dicke von 50% des gesamten Flächenbauteils aufweist. 19. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils oder Flächenbauteils nach einem der voran gegangenen Ansprüche, bei dem das Aneinanderfügen aller Einzelschichten a, b und c in einem gemeinsamen Pressvorgang erfolgt, indem nacheinander die Trägerschicht, Elastomermaterial und plastisch verformbares CFK-Material in eine Pressform gegeben werden und hierauf das Verpressen und Aushärten von Elastomermaterial und Deckschichtmaterial erfolgt. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das CFK-Material als harzgetränktes Gewebe, Gewirk oder Gestrick in die Pressform eingebracht wird. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer beim Aushärten, beziehungsweise Vernetzen die Trägerschicht und die Deckschicht miteinander klebend verbindet. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten thermisch erfolgt. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Elastomer ein thermoplastisch verformbares Elastomer gewählt wird. |
Die Erfindung betrifft Verbundbauteile aus mindestens 3 unterschiedlichen Materialschichten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs, ein Flächenbauteil in Kraftfahrzeugen, insbesondere als Türen, Klappen oder Dächern, aus Metallblech und/oder faserverstärktem Kunststoff mit einer Deckschicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung dieses Verbundbauteils oder Flächenbauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Verbundbauteile aus unterschiedlichen Materialschichten kommen als Leichtbau- Verbundmaterialien in unterschiedlichen technischen Anwendungsbereichen, wie der Luft- und Raumfahrt, dem Schiffs- oder Kraftfahrzeugbau, zum Einsatz. Dabei werden die Verbundbauteile im Karosseriebau häufig als Flächenbauteile eingesetzt.
Um Verbundbauteile bereit zu stellen, die hohen mechanischen Anforderungen gerecht werden, werden häufig als eine der Materialschichten faserverstärkte, insbesondere Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) verwendet. Bei den üblichen derartigen Leichtbau-Verbundmaterialien übernimmt dabei die Materialschicht aus CFK den wesentlichen lasttragenden Anteil des Verbundbauteils.
Ein wichtiges Ziel dieser Mischbauweise ist dabei immer, den Anteil an CFK aus Kostengründen möglichst zu begrenzen.
Derartige Leichtbau-Verbundbauteile kommen bevorzugt als dünne Flächenbauteile von Kraftfahrzeugen, wie Automobiltüren, Dachteilen, Kofferraumdeckeln oder Motorhauben zum Einsatz. In aller Regel liegt dabei die CFK-Materialschicht auf der Unter- oder Innenseite, also Sicht-abgewandt. Wenn sich die CFK-Materialschicht auf der Sichtseite, insbesondere außen oder oben befindet, wird diese in aller Regel durch eine Deckschicht, Deckfolie oder Decklack kaschiert, so dass sie optisch nicht in Erscheinung tritt. Es kann aber auch gewünscht sein, dass die Struktur des CFK-Materials aus Design- Zwecken optisch in Erscheinung tritt. Da faserverstärkte Werkstoffe als Hochleistungswerkstoffe bekannt sind, kann das optische Hervortreten des CFK- Materials eine hochwertige Anmutung eines Verbundbauteils unterstützen. Bei Kraftfahrzeugen, bzw. Automobilen, werden an die Oberflächengüte des CFK-Materials die gleichen hohen Ansprüche gestellt, wie an die übrigen automobilen Oberflächen, insbesondere Lackschichten. Diese hohen Qualitätsansprüche sind als Class-A- Sichtoberfläche bekannt.
Die Herstellung von Leichtbau-Verbundteilen mit dekorativen Deckschichten aus CFK- Material erfolgt üblicherweise durch das Vorformen der Deckschicht als dünnes CFK- Bauteil oder CFK-Platte und das nachträgliche Aufkleben auf das Flächenbauteil. Diese Vorgehensweise ist aufwändig, insbesondere kaum geeignet für geometrisch anspruchsvollere (Flächen)bauteile. In diesem Zusammenhang kann bereits die gewölbte Fläche einer Kraftfahrzeugtüre als geometrisch anspruchsvoll angesehen werden.
Es gibt auch Ansätze, das CFK-Material auf das Substrat in der Form von Prepregs, oder dergleichen aufzubringen und diese dann auf dem Substrat auszuhärten. Problematisch sind dabei insbesondere, die mit der Härtung des CFK-Materials einher gehende Schwindung und die unangepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Großflächige Substrate können sich dabei verziehen und die CFK-Oberfläche Verwerfungen und Unebenheiten bekommen, die eine für Sichtanwendungen unakzeptable Qualität nach sich ziehen.
Aus der WO 99/50057 ist ein dreischichtiges Versteifungsmaterial bekannt, das aus zwei Polymerschichten und einer Versteifungsschicht aufgebaut ist. Dabei kann die dem zu versteifenden Substrat zugewandte Polymerschicht eine Schaumschicht sein, während die äußere, auf der nachgiebigen Schaumschicht angeordnete Schicht eine Schicht eines Hartschaums ist. Die dritte Schicht kann eine Glasfaserschicht zur Bewirkung der Versteifung sein.
Aus der EP 1 556 213 B1 ist ein Mehrschichtiges Laminat zum Versteifen von flächigen Substraten, enthaltend mindestens zwei thermisch härtbare Bindemittelschichten und zwei Schichten aus faserhaltigen textilen Flächengebilden bekannt. Dabei wird eine dem zu versteifenden Substrat zugewandte Bindemittelschicht, eine dem zu versteifenden Substrat abgewandte Bindemittelschicht, eine zwischen diesen Bindemittelschichten angeordnete Schicht eines faserhaltigen textilen Flächengebildes sowie eine auf der dem zu versteifenden Substrat abgewandte Bindemittelschicht angeordnete zweite Schicht eines faserhaltigen textilen Flächengebildes verwendet. Die dem zu versteifenden Substrat zugewandte Bindemittelschicht ist im ausgehärteten Zustand haftend mit dem zu versteifenden Substrat verbunden ist und hat einen gleichen oder niedrigeren E-_Modul als die zweite Bindemittelschicht (14).
Aufgabe der Erfindung ist es ein kostengünstiges Leichtbau-Verbundmaterial mit hochwertiger werkstofflicher Anmutung, insbesondere ein Flächenbauteil für Kraftfahrzeuge, wie Türen, Klappen oder Dächer, aus Metallblech und/oder faserverstärktem Kunststoff bereit zu stellen und ein geeignetes kostengünstiges Herstellungsverfahren hierfür aufzuzeigen.
Die Ausgabe wird gelöst durchein Verbundbauteil aus mindestens 3 unterschiedlichen Materialschichten, mit einem Schichtaufbau aus a) Trägerschicht oder Trägerstruktur aus Metall oder faserverstärktem Kunstharz b) Haftvermittlerschicht aus Elastomer c) Deckschicht aus Kohlenstofffaser- oder Kohlenstoffmischfaserverstärktem Kunststoff, wobei der Kunststoff und die Anordnung der Kohlenstofffasern oder
Kohlenstoff mischfasern so gewählt sind, dass die Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffmischfasern an der Oberfläche der Deckschicht optisch sichtbar sind, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine weitere Lösung der Aufgabe ist gegeben durch ein Flächenbauteil für Kraftfahrzeuge, aus Metallblech und/oder faserverstärktem Kunststoff, das eine Deckschicht aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff trägt, welche über eine elastomere Zwischenschicht angebunden ist, wobei die Kohlenstofffasern der Deckschicht optisch erkennbar hervortreten mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
Die Lösung der verfahrensgemäßen Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils oder Flächenbauteils gemäß den Merkmalen des Anspruchs 18 gegeben.
Erfindungsgemäß ist in erster Ausgestaltung ein Verbundbauteil aus mindestens 3 unterschiedlichen Materialschichten vorgesehen. Dabei wird der folgende Schichtaufbau gewählt: a) Trägerschicht oder Trägerstruktur aus Metall oder faserverstärktem Kunstharz b) Haftvermittlerschicht aus Elastomer c) Deckschicht aus Kohlenstofffaser- oder Kohlenstoffmischfaserverstärktem Kunststoff.
Für die optischen und dekorativen Eigenschaften des Bauteils ist es wesentlich, dass der Kunststoff und die Faseranordnung der Kohlenstofffaser- oder Kohlenstoffmischfaserverstärkung (zusammenfassend Kohlenstoff(misch)faser- Verstärkung) genannt, so gewählt sind, dass die Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffmischfasern an der Oberfläche der Deckschicht optisch sichtbar sind. Dies bedeutet für den Kunststoff insbesondere, dass er transparent oder durchsichtig ist und auch nicht in unüblich hohem Anteil in der Deckschicht vorhanden ist. Andererseits ist unter der optisch sichtbaren Anordnung der Kohlenstoff(misch)fasem an der Oberfläche nicht zu verstehen, dass die Fasern aus der Oberfläche heraustreten. Vielmehr weist die Deckschicht eine glatte Oberfläche auf, die durch eine zumindest dünne Kunststoff bzw. Harzschicht abgeschlossen ist. Insbesondere liegt die Güte der Deckschicht bei einer Class-A-Sichtfläche.
Für die Ausbildung einer glatten und hochwertigen Deckschicht kommt der Zwischenschicht aus Elastomer dabei eine besondere Bedeutung zu. Im Verbundwerkstoff hat sie die Funktion einer Haftvermittlerschicht zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen. Im Materialverbund verklebt sie die in der Regel unverträglichen Materialien des Substrats und der Deckschicht und gleicht thermische Spannungen zwischen diesen unterschiedlichen Werkstoffen aus. Dies ist insbesondere auch dann von Bedeutung, wenn die Deckschicht oder das Substrat aus Harzen gebildet werden, die bei der Herstellung eine Reaktionsschwindung aufweisen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Deckschicht hart, kratzfest und Witterungsbeständig. Hierzu kann auf geeignete bekannte Harzzusammensetzungen zurückgegriffen werden. Diese Ausgestaltung ist insbesondere von Vorteil, für Anwendungen als Türen, Klappen oder Dächer in Kraftfahrzeugen.
Besonders bevorzugt wird eine Deckschicht eingesetzt, die oberflächlich unbehandelt zum Einsatz kommen kann. Alternativ ist es aber auch möglich eine Beschichtung, beispielsweise einen Klarlack aufzubringen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Trägerschicht oder Trägerstruktur aus Metall aufgebaut. Bei Flächenbauteilen für Kraftfahrzeuge kann es sich typischerweise um die gängigen Kraftfahrzeug- oder Automobilbleche handeln. Das Metall der Trägerschicht oder Trägerstruktur ist bevorzugt aus Stahl und/oder Aluminiumlegierung aufgebaut. Metall-Verbundbauweisen sind hiervon ebenso umfasst. In dieser Variante kommt dem Metall bzw. dem Metallblech ein erheblicher Anteil der lasttragenden Funktion zu. Die Dicke des Automobilblechs lässt sich jedoch aufgrund der verstärkenden Funktion der Deckschicht etwas gegenüber den vergleichbaren Anwendungen reduzieren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Trägerschicht oder Trägerstruktur (im folgenden auch Substrat genannt) aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus Kohlenstoff-, Aramid- und/oder Glasfaser-verstärktem Kunststoff aufgebaut. Auch in dieser Variante hat das Vorhandensein der Haftvermittlerschicht einen deutlich positiven Einfluss auf die Güte und die Beständigkeit der Oberflächenqualität der Deckschicht.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Trägerschicht oder Trägerstruktur aus faserverstärktem Kunstharz nach dem SMC (SheetMouldingCompound), BMC (BulkMoldingCompound) oder RTM (ResinTransferMoulding) Verfahren gebildet. Hier tritt die dekorative Funktion der Deckschicht besonders in den Vordergrund. Zum einen sind die Substrat-Werkstoffe selbst bereits vergleichsweise fest und bedürfen weniger einer zusätzlichen mechanischen Verstärkung durch die Deckschicht, und zum Anderen sind die Oberflächen der nach den oben genannten Verfahren hergestellten Werkstoffe qualitativ nicht für den Sichtbereich von Kraftfahrzeug-Karosserien geeignet. Sie erfüllen in der Regel nicht ohne Nacharbeit die Anforderungen an Class-A-Oberflächen.
Als weitere Ausgestaltung des Substrats sind auch Mischbauweisen aus Metallen und faserverstärkten Kunststoffen denkbar.
Für die Anbindung der Deckschicht an das Substrat ist die Haftvermittlerschicht von Bedeutung. Erfindungsgemäß ist die Haftvermittlerschicht aus einer Elastomerschicht gebildet. Diese muss nicht materialeinheitlich ausgebildet sein. So kann diese Schicht beispielsweise auch einseitig oder beidseitig eine Kleberschicht tragen. Die Kleberschicht verändert die Schichteigenschaften der Elastomerschicht in der Weise, dass eine optimale Anbindung an die jeweilige Materialoberfläche von Metall, Kunststoff oder Kohlenstoff(misch)faserverstärktem Harz erfolgt. Das Elastomer kann auch selbst durch einen Kleber gebildet sein, der nach dem Abhärten elastomere Eigenschaften aufweist. Typischerweise ist das Elastomer aus Kautschuk, Silikonkautschuk oder Gummi gebildet. Zu den geeigneten Kautschuken gehören unter anderem Polybutadien-Kautschuk (BR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Nitrilkautschuk (NBR), oligomere Siloxane oder cyclische Dimethylpolysiloxane (Sl) und Acrylatkautschuk (ACM).
Insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellungstechnik des Verbundbauteils über das Heißpressen sind auch Thermoplastische Elastomere (TPE) gut geeignet, denn sie lassen sich unter Wärmeeinwirkung und anschließender Abkühlung plastisch verarbeiten. Zu geeigneten TPE gehören unter anderem Copolyester, Polyether-Block-Amide, oder Styrol-Block-Colpolymere.
Die Dicke der Elastomerschicht liegt typischerweise in der gleichen Größenordnung, wie diejenige der Deckschicht. Bevorzugt ist die Elastomerschicht jedoch deutlich dünner als die Deckschicht.
Die Deckschicht ist erfindungsgemäß durch Kohlenstofffaser- oder Kohlenstoffmischfaserverstärktem Kunststoff gebildet. Die Fasern liegen dabei in üblicher Verarbeitungsform als Faserbündel beziehungsweise Garn vor.
Neben den rein durch Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoffen können auch Mischformen aus Kohlenstofffasern und anderen Verstärkungsfasern Verwendung finden (entsprechend Kohlenstoffmischfaserverstärkter Kunststoff). Da viele der weiteren Verstärkungsfasern anders als die Kohlenstofffaser gefärbt sind, kann hierdurch in Vorteilhafter Weise der optische Gesamteindruck der Deckschicht durch Wahl des Mischungsverhältnisses, der Vermischung oder Vereinzelung in gemeinsamen oder getrennten Faserbündeln, oder durch deren geometrisch Anordnung (z.B. Webmuster, etc.) in weiten Grenzen variiert werden.
Die Faserverstärkung umfasst somit eine Mischung von Kohlenstofffasern und weiteren Verstärkungsfasern, vorzugsweise Aramidfasern, Glasfasern Metallfasern, Polymerfasern oder Naturfasern, insbesondere Hanffasern, Flachsfasern Cellulosefasern, oder Baumwollfasern, wobei alle Fasertypen als individuelle Faserstränge nebeneinander oder aber in einem Faserstrang gemischt angeordnet sein können. Besonders bevorzugte Mischungen bestehen aus Kohlenstofffasern und Aramidfasern.
Die Faserverstärkung bzw. die geometrische Anordnung der Fasern ist durch Gewebe Gewirke, oder Gestricke gebildet. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist dabei eine regelmäßige Anordnung der Fasern. Insbesondere sollen hierdurch an der Deckschichtoberfläche optisch erkennbare Muster oder Regelmäßigkeiten gebildet werden..
In weiterer Ausgestaltung sind die Fasern in Wirrlage angeordnet. Hierbei ist bei der Auswahl der Fasern, dem Fasergehalt und der Verfahrensführung wiederum auf den optischen Eindruck der Oberfläche des Verbundbauteils Wert zu legen. Insbesondere bei hohem Anteil an Naturfasern können Wirrlagen der Fasern zu außergewöhnlicher Optik führen.
Der Faseranteil in der Deckschicht kann den für CFK üblichen Anteil aufweisen.
Als Kunststoffe der Deckschicht kommen überwiegend duroplastische Kunststoffe zur Anwendung, wie sie aus der Technologie der CFK-Verarbeitung bekannt sind. Als weitere Kunststoffe sind beispielsweise die Thermoplaste wie Polycarbonat und PMMA, sowie Elastomere geeignet.
Die Dicke der Deckschicht kann so weit reduziert werden, dass der lasttragenden beziehungsweise verstärkenden Funktion der Deckschicht nur noch untergeordnete Bedeutung zukommt. In der Regel reichen bereits wenige Faserbündel oder Garnlagen, beispielsweise 2, bevorzugt 3 bis 10 aus, um die optische Wirkung hervorzurufen. Die Dicke des Substrats liegt dann um ein mehrfaches oberhalb derjenigen der Deckschicht.
Fig.1 zeigt die schematische Darstellung eines flächenförmigen Verbundbauteils, mit Trägerschicht (1 ),
Haftvermittlerschicht aus Elastomer (2) und
Deckschicht (3).
Die in der Abbildung dargestellten Dickenverhältnisse entsprechen einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung.
Es kann von Vorteil sein, die Deckschicht mit einer transparenten oder durchscheinenden Lackschicht zu versehen bzw. zu versiegeln. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Verbundbauteil als Flächenbauteil in Kraftfahrzeugen Anwendung findet.
Das Verbundbauteil kann des Weiteren auch im Innenbereich einer Fahrzeugkarosserie angeordnet sein, so dass die Deckschicht vom Innenraum des Fahrzeugs zu sehen ist. Neben flächigen oder blechförmigen Geometrien sind dabei auch säulenartige oder stabförmig ausgebildete Geometrien von Bedeutung. Das Verbundbauteil kann hier beispielsweise als A, B oder C-Säule eines Personenkraftwagens eingesetzt werden.
Der Aufbau des Verbundbauteils ist indes nicht auf 3 Schichten beschränkt. So kann als Substrat beispielsweise selbst wieder ein schichtförmiger Materialverbund verwendet werden. In bevorzugter Ausgestaltung sind bei einem mehrschichtigen Aufbau die einzelnen Schichten mehrfach im Verbundbauteil vertreten, wobei zumindest zwischen jeder Trägerschicht und Deckschicht eine Elastomerschicht angeordnet ist. Eine typische Ausgestaltung dieser Anordnung ist eine Trägerschicht aus zwei über eine Elastomerschicht verbundene Metallbleche gefolgt von Elastomer und Deckschicht. Eine weitere typische Ausgestaltung dieser Anordnung ist eine Trägerschicht aus zwei über eine Elastomerschicht verbundene SMC-Platten gefolgt von Elastomer und Deckschicht. Eine weitere typische Ausgestaltung dieser Anordnung ist eine Trägerschicht aus Metallblech, Elastomerschicht und Deckschicht gefolgt von Elastomer und Deckschicht.
Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe findet sich in einem Flächenbauteil in Kraftfahrzeugen, insbesondere Türen, Klappen oder Dächern, aus Metallblech und/oder faserverstärktem Kunststoff, das eine Deckschicht aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) trägt, welche über eine elastomere Zwischenschicht angebunden ist, wobei die Kohlenstofffasern der Deckschicht optisch erkennbar hervortreten.
Die Deckschicht ist bevorzugt mit einem transparenten oder durchscheinenden Lack beschichtet. Insbesondere ist die Deckschicht mit dem Karosseriedecklack des Kraftfahrzeugs beschichtet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Flächenbauteil so ausgelegt, dass die Deckschicht nur zum untergeordneten Teil zur lasttragenden Funktion des gesamten Flächenbauteils beiträgt. Die Dicke der Deckschicht wird hierbei bevorzugt geringer gewählt als die Dicke des Substrats und liegt bei unter 50% des gesamten Flächenbauteils.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren des ausgeführten Verbundbauteils aus mindestens 3 unterschiedlichen Materialschichten oder des ausgeführten Flächenbauteils in Kraftfahrzeugen, insbesondere Türen, Klappen oder Dächer, aus Metallblech und/oder faserverstärktem Kunststoff. Für das Verfahren ist es dabei wesentlich dass die Einzelschichten in einem gemeinsamen Prozess zum Verbund- oder Flächenbauteil verbunden werden. Es ist vorgesehen, dass das Aneinanderfügen aller Einzelschichten aus Substrat, Elastomerschicht und Deckschicht in einem gemeinsamen Pressvorgang erfolgt.
Zunächst werden hierzu die Trägerschicht, bzw. das Substrat, das Elastomermaterial und plastisch verformbares CFK-Material in eine Pressform gegeben.
Unter CFK-Material ist das noch plastisch verformbare Rohmaterial aus Kohlenstoff(mischfaser)verstärkung und Kunststoff zu verstehen. Als Kunststoff werden insbesondere Harze eingesetzt, die in der Pressform kalt oder thermisch aushärtbar sind. Typisches CFK-Material sind mit Reaktionsharz getränkte Gewebe, Gewirke oder Gestricke oder auch Prepregs.
Bei dem Elastomermaterial kann es sich um bereits vernetztes Elastomer, insbesondere mit Kleberbeschichtung handeln. Dieses lässt sich quasi wie dünne Folien verarbeiten, bzw. in die Presse einbringen.
Ebenso kann es sich bei dem Elastomer auch um noch plastisch verformbares unvernetztes oder schwach vernetztes Elastomermaterial handeln. Die Vernetzung wird soweit erforderlich beim Pressen kalt oder warm durchgeführt.
Hierauf wird die Form geschlossen und das CFK-Material und gegebenenfalls Elastomer oder Klebebeschichtungen unter Druck ausgehärtet, respektive vernetzt.
Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass das Endprodukt in einem einzigen Verfahrenschritt herstellbar ist und dass sich auch komplexere Geometrien problemlos abbilden lassen. Das beim Abpressen noch weiche Elastomer und plastische CFK- Material können sich ideal an die Topographie des Substrats angleichen und ungewollte Unregelmäßigkeiten oder Rauhigkeiten ausgleichen.
Die beim Pressverfahren stattfindende Reaktionsschwindung des CFK-Materials wird durch die Elastomerschicht im wesentlichen abgefangen. Durch das Nachfahren der Formhälften in der Presse kann die glatte Oberfläche der aushärtenden Deckschicht aufrecht erhalten werden.
Next Patent: TEMPERATURE-CONTROLLED BATTERY SYSTEM