Die Erfindung betrifft ein Sandwichblech, insbesondere zur Herstellung von

Bauelementen oder Karosserieteilen, mit metallischen Deckblechen und mindestens einer zwischen den Deckblechen angeordneten Kernschicht aus Polymer, die stoffschlüssig mit den Deckblechen verbunden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichblechs, insbesondere zur Verwendung im Bauwesen oder Karosseriebau, bei dem metallische Deckbleche mit einer dazwischen angeordneten Kernschicht aus Polymer unter Anwendung von Druck und Wärme stoffschlüssig verbunden werden.

Derartiges Sandwichmaterial ist bekannt.

Unter der Bezeichnung„LITECOR" ist ein seitens der Anmelderin entwickeltes Sandwichblech bekannt, das aus zwei Deckblechen aus Stahl und einer Kernschicht aus Kunststoff aufgebaut ist. Dieses Sandwichblech zeichnet sich durch ein relativ geringes Gewicht bei guter Biegesteifigkeit für Anwendungen unter anderem im Karosseriebau aus. Die Kernschicht dieses Materials besteht aus einem

thermoplastischen Co-Polymer. Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Sandwichblech der vorstehend genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass es eine

kostengünstige und mit höheren Steifigkeitseigenschaften versehene Kernschicht aufweist, ohne dass seine Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt werden, und welches insbesondere kalt formbar ist. Vielmehr soll das Anwendungspotenzial eines solchen Sandwichblechs erweitert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Sandwichblech mit den Merkmalen des

Anspruchs 1 bzw. ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Die Kernschicht des erfindungsgemäßen Sandwichblechs weist einen faserhaltigen Träger und eine die Fasern des Trägers umgebende Polyurethan-Matrix auf, wobei letztere aus einer wässrigen, lösungsmittelfreien Polyurethan-Dispersion gebildet ist, wobei die Fasern als kürzere Faserstücke mit einer Länge von maximal 50 mm in der Polyurethan-Matrix vorliegen.

Durch den faserhaltigen Träger wird eine Basis geschaffen, die in Verbindung mit der die Fasern umgebenden Polyurethan-Matrix eine kostengünstige und leichte

Kernschicht für das Sandwichblech darstellt. Durch die von der Polyurethan-Matrix umgebenen bzw. vorimprägnierten kurzen Faserstücke lässt sich das Sandwichblech besonders gut kalt umformen.

Als Fasern für die Kernschicht des erfindungsgemäßen Sandwichblechs können verschiedene kostengünstige Faserarten verwendet werden. Mittels der Fasern lassen sich die Eigenschaften des Sandwichblechs beeinflussen und somit dessen

Anwendungsmöglichkeiten erweitern.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichblechs sind die Fasern der Kernschicht aus mineralischen Fasern, vorzugsweise aus keramischen Fasern zusammengesetzt. Hierdurch lässt sich ein leichtes, hitzebeständiges

Sandwichblech mit guter bis sehr guter Biegesteifigkeit erzielen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethan-Dispersion geblocktes Isocyanat enthält bzw. der wässrigen, lösemittelfreien Polyurethan-Dispersion zur Herstellung der Kernschicht geblocktes Isocyanat zugegeben wird. Hitzebeständige Fasern, wie Keramikfasern und

Glasfasern, können spröde sein und lassen nur eine geringe Umformung zu. Um insbesondere die Elastizität und die Verbundhaftung des faserhaltigen mit wässriger, lösemittelfreier PU-Dispersion getränkten Trägers zur Verwendung als Kemschicht des erfindungsgemäßen Sandwichblechs zu erhöhen, wird der PU-Dispersion geblocktes NCO (Isocyanat) zugegeben. Geblockt bedeutet, dass der NCO-Anteil in der PU-Dispersion bei Raumtemperatur (ca. 20°C) isoliert vorliegt und dieser erst bei Erreichen einer bestimmten Temperatur aktiviert wird. Dadurch wird unter anderem eine stärkere Vernetzung der Polyurethan-Dispersion ermöglicht. Als geblocktes NCO werden vorzugsweise aromatische Isocyanate (z.B. monomere Diphenyl- methandiisocyanate) und/oder aliphatische Isocyanate (z.B. Isophorondiisocyanat) zugegeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der faserhaltige Träger für die

Kernschicht des Sandwichblechs als Gelege, Gewebe, Gewirke oder Vliesstoff ausgebildet. Durch die Struktur des faserhaltigen Trägers lassen sich die

Biegesteifigkeit und das Umformvermögen des erfindungsgemäßen Sandwichblechs beeinflussen. Zur Erzielung einer besonders hohen Biegesteifigkeit wird der faserhaltige Träger vorzugsweise als Gewebe ausgebildet. Ein gutes bis sehr gutes Umformvermögen lässt sich dagegen besser mit einer als Vliesstoff ausgebildeten Faserlage erreichen.

Die Dicke der Kernschicht des erfindungsgemäßen Sandwichblechs liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 mm bis 2,0 mm, und beträgt besonders bevorzugt maximal 1,5 mm. Als Deckbleche für das erfindungsgemäße Sandwichblech eignen sich Bleche aus

Aluminium-, Magnesium- oder Stahlwerkstoff und deren Kombinationen. Besonders bevorzugt werden Deckbleche aus Stahlwerkstoff verwendet, die eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm aufweisen. Stahlwerkstoff ist ein relativ kostengünstiger Werkstoff, der sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine hohe Bruchfestigkeit und eine gute

Umformbarkeit, insbesondere ein günstiges Tiefziehverhalten und/oder Prägeverhalten auszeichnet. Die typischen Streckgrenzen für die hier verwendeten Stahl-Deckbleche liegen im Bereich von 250 und 350 MPa. Andere Steifigkeiten mit höheren Streckgrenzen sind ebenfalls verwendbar. Um günstige Materialkosten und zugleich eine hohe Lebensdauer des

erfindungsgemäßen Bauelements zu erzielen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Deckbleche mit einer Korrosionsschutzschicht versehen sind. Die Korrosionsschutzschicht wird beispielsweise durch Feuerveredelung und/oder elektrolytische Beschichtung der metallischen Deckbleche realisiert. Charakteristische Überzüge für die Feuerveredelung sind: Z: 99% Zn, ZA: 95% Zn + 5% AI;

AZ: 5% AI + 43,4% Zn + 1,6% Si; AS: 88-92% AI + 8-12% Si.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichblechs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbleche unterschiedlich dick und/oder mit unterschiedlichen Korrosionsschutzschichten versehen sind. Hierdurch lässt sich ein hinsichtlich hoher Biegesteifigkeit, geringem Bauteilgewicht und hoher Korrosionsbeständigkeit optimales Sandwichblech erzielen.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichblechs ist mindestens eines der Deckbleche mit einer aus Zink gebildeten Korrosionsschutzschicht versehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch mindestens eines der Deckbleche mit einer aus Aluminium gebildeten Korrosionsschutzschicht versehen sein.

Neben der klassischen Feuerbeschichtung sowie der elektrolytischen Beschichtung können ebenfalls CVD-, PVD- und/oder Sol-Gel-Beschichtungen verwendet werden. Ferner können die Deckbleche auch weiterveredelt werden bzw. sein, beispielsweise mittels Anodisieren. Der Farbgestaltung sind dadurch keine Grenzen gesetzt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichblechs ist mindestens eines der Deckbleche mit einer organischen Schicht, beispielsweise in

Form von Lack oder einer lackierten Folie bzw. Lackfolie versehen. Dadurch sind der Farbgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichblechs keine Grenzen gesetzt.

Vorzugsweise hat die organische Schicht eine selbstleuchtende Eigenschaft

(selbstleuchtenden Charakter). Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht vor dem Verbinden mit den Deckblechen penetriert und/oder mechanisch entwässert wird. Hierdurch wird der Wassergehalt des faserhaltigen Trägers nachdem er mit der wässrigen, lösungsmittelfreien

Polyurethan-Dispersion getränkt wurde, effektiv reduziert. Eine innere Korrosion an den metallischen Deckblechen kann somit zuverlässig verhindert werden. Die

Reduzierung des Wassergehalts kann beispielsweise beim Aufbau der Kernschicht aus mehreren faserhaltigen Trägern (Faserlagen) durch schichtweises Applizieren der wässrigen, lösungsmittelfreien PU-Dispersion, vorzugsweise unter Zugabe von geblocktem NCO, erfolgen, wobei die PU-Dispersion beispielsweise mittels mindestens einer Nadelwalze, Gummimantelwalze oder dergleichen in die jeweilige Faserlage eingepresst und/oder überschüssiges Wasser herausgepresst werden. Bei

Verwendung von nur einer Faserlage kann dagegen die Reduzierung des

Wassergehaltes beispielsweise durch eine Erhöhung der Porosität der Faserlage erreicht werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das aus den Deckblechen und der Kernschicht hergestellte Sandwichblech unmittelbar im Anschluss an das stoffschlüssige Verbinden von Kernschicht und Deckblechen gekühlt und während der Kühlung zugleich gepresst oder gewalzt wird. Hierdurch kann die mit dem Wasseraustrag einhergehende Volumenschrumpfung bzw. Verdichtung der Kernschicht unterstützt werden. Insbesondere können dadurch gezielt Spannungen in dem Verbund (Sandwichblech) reduziert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch: Fig. 1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Sandwichblechs in einer

Schnittansicht; und

Fig. 2 eine Anlage zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sandwichblechs.

Das in der Zeichnung dargestellte Sandwichblech 1 ist aus zwei metallischen

Decklagen 1.1, 1.2 und einer faserhaltigen, hitzebeständigen Kernschicht 1.3 aufgebaut.

Die Decklagen 1.1, 1.2 bestehen vorzugsweise aus Stahlblech, das mit einer

Korrosionsschutzschicht versehen ist. Bevorzugt werden dabei auf Zink oder

Aluminium basierende Korrosionsschutzschichten verwendet. Die Dicke der jeweiligen Decklage (Deckblech) 1.1, 1.2 beträgt beispielsweise ca. 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt maximal 0,4 mm. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel haben beide Deckbleche 1.1, 1.2 im Wesentlichen die gleiche Dicke, z.B. ca. 0,3 mm, und besitzen die gleiche Werkstoffgüte. Es können aber auch Deckbleche 1.1, 1.2 unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte zur Herstellung des Materialverbundes 1 verwendet werden. Insbesondere können die Deckbleche 1.1, 1.2 mit unterschiedlichen Korrosionsschutzschichten versehen sein. So kann beispielsweise das Deckblech 1.1 oder 1.2 mit einer aluminiumbasierten Beschichtung versehen sein, die ein hohes Wärmereflexionsvermögen besitzt, während das andere Deckblech 1.2 oder 1.1 mit einer zinkbasierten Beschichtung versehen ist. Die Kernschicht 1.3 ist aus mindestens einer Faserlage bzw. einem faserhaltigen Träger und einer die Fasern umgebenden Polyurethan-Matrix gebildet. Die Matrix wird durch Tränkung bzw. Infiltration/Imprägnierung des oder der faserhaltigen Träger mit einer wässrigen, lösungsmittelfreien Polyurethan-Dispersion erzeugt. Unter dem Begriff„Prepreg" werden im vorliegenden Zusammenhang

vorimprägnierte Fasern verstanden, wobei die Fasern in der Polyurethan-Matrix als Endlosfasern sowie als kürzere Faserstücke, beispielsweise mit einer Faserlänge von maximal 50 mm, vorliegen können. Die PU-Dispersion bzw. die PU-Matrix wirkt als Bindemittel (Klebstoff).

Vorzugsweise enthält die Polyurethan-Dispersion zusätzlich ein geblocktes NCO (Isocyanat), das bei Raumtemperatur passiv ist und erst bei Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise ab 50° C, aktiviert wird. Für ein solches Blockierungsmittel eignen sich aromatische und aliphatische Isocyanate, z.B.

monomere Diphenylmethandiisocyanate und Isophorondiisocyanat. Durch den Einsatz eines entsprechenden Blockierungsmittels lässt sich eine höhere Vernetzung der Polyurethan-Dispersion erzielen. Das Mischungsverhältnis von PU-Dispersion und geblocktem NCO hängt von der Aktivierungstemperatur sowie vom gewünschten Vernetzungsgrad innerhalb des faserhaltigen Trägers ab.

Die Fasern des Trägers sind aus mineralischen, hochtemperaturstabilen Fasern, vorzugsweise aus keramischen, nicht-brennbaren Fasern zusammengesetzt. Der faserhaltige Träger kann dabei als Gelege, Gewebe oder Vliesstoff ausgebildet sein. Der für die Herstellung der Kernschicht 1.3 verwendete faserhaltige Träger ist porös im Sinne von offenporig, also flüssigkeitsdurchlässig. Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Sandwichbleches 1 wird die Kernschicht 1.3 als vorkonfektioniertes Halbzeug, beispielsweise in Form eines sogenannten Prepregs verwendet. Unter dem Begriff„Prepreg" werden im vorliegenden

Zusammenhang vorimprägnierte Fasern verstanden, wobei die Fasern in der

Polyurethan-Matrix sowohl als Endlosfasern als auch als kürzere Faserstücke, beispielsweise mit einer Faserlänge von maximal 50 mm, vorliegen können.

Die Kernschicht 1.3 des erfindungsgemäßen Sandwichbleches 1 weist eine Dicke im Bereich von 0,4 mm bis 2,0 mm, vorzugsweise maximal 1,5 mm auf. Sie besitzt eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 300°C, vorzugsweise mindestens 700°C. Außerdem kann die Kernschicht 1.3 ein mineralisches, halogenfreies Brandschutzmittel enthalten, welches eine hohe Rauchgasunterdrückungswirkung aufweist.

Die faserhaltige Kernschicht 1.3 verleiht dem erfindungsgemäßen Sandwichblech 1 neben der hohen Temperaturbeständigkeit bei zugleich guter Wärmeisolierung auch deutlich höhere Steifigkeitseigenschaften im Vergleich zu einer konventionellen Kernschicht aus thermoplastischem Kunststoff. Diese höheren

Steifigkeitseigenschaften ermöglichen die Verwendung relativ dünner metallischer Decklagen 1.1, 1.2 und somit eine Reduzierung des Gewichts des Sandwichbleches 1.

In Fig. 1 ist zu erkennen, dass jedes der Deckbleche 1.1, 1.2 des Materialverbundes 1 deutlich dünner ausgebildet ist als die Kernschicht 1.3. Zur Erzielung eines leichtgewichtigen Sandwichblechs beträgt die Dicke der Kernschicht 1.3 mindestens das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens das 2-fache, und besonders bevorzugt

mindestens das 2,5-fache der Dicke des dünnsten der beiden Deckbleche 1.1, 1.2.

In Fig. 2 ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sandwichwerkstoffes 1 dargestellt. Vorzugsweise werden die Deckbleche 1.1, 1.2 und die vorkonfektionierte Kernschicht 1.3 als Wickel (Coil) bereitgestellt und

abgehaspelt. Alternativ können die Komponenten 1.1, 1.2 und 1.3 auch als Zuschnitte (Tafeln) bereitgestellt und miteinander verbunden werden.

Die Deckbleche 1.1, 1.2 und die vorkonfektionierte Kernschicht 1.3 werden einer beheizten Presse 2, vorzugsweise einer Doppelbandpresse zugeführt. In der Presse 2 wird der Verbund auf ca. 120°C bis 180°C, vorzugsweise maximal 160°C erwärmt. Der von der Presse, insbesondere Doppelbandpresse 2 erzeugte Druck kann im

Wesentlichen konstant sein. Der aufgebrachte Druck kann beispielsweise bis zu max. 30 bar betragen. Vorteilhaft kann die Presse 2 aber auch mit unterschiedlich hohen Pressdrücken arbeiten. So kann beispielsweise in einer Doppelbandpresse 2, die in eine Erwärmungszone 2.1, eine Haltezone 2.2 und eine Abkühlzone 2.3 gegliedert ist, der Pressdruck in der Haltezone 2.2 deutlich höher sein, als in der nachfolgenden Abkühlzone (Kühlstufe).

Wie oben bereits erwähnt, wirkt die PU-Matrix als Bindemittel (Klebstoff),

insbesondere wenn der wässrigen, lösungsmittelfreien PU-Dispersion, mit welcher die Faserlage bzw. Faserlagen getränkt/imprägniert wurden, geblocktes NCO (Isocyanat) zugegeben wurde. Durch die Erwärmung des aus den Deckblechen 1.1, 1.2 und der vorkonfektionierten Kernschicht 1.3 aufgebauten Materialverbundes wird die

Klebefunktion der PU-Matrix aktiviert und/oder reaktiviert. Die erfindungsgemäß vorkonfektionierte Kernschicht 1.3 erfordert für die stoffschlüssige Verbindung mit den Deckblechen 1.1, 1.2 keine zusätzlich Haftvermittlerschicht, insbesondere keine organische Haftvermittlerschicht.

In der Kühlzone 2.3, in der der Materialverbund vorzugsweise bis auf

Raumtemperatur abgekühlt wird, herrscht vorteilhaft ein moderater Pressdruck, durch den infolge des Wasseraustrags aus der PU-Matrix eine Verdichtung (Volumenschrumpfung) der Kernschicht unterstützt werden kann bzw. wird. Auf diese Weise werden in dem Materialverbund üblicherweise vorhandene Spannungen gezielt abgebaut.

Hinter der Doppelbandpresse 2 wird das hergestellte Sandwichblech 1 zu einem Coil 3 aufgewickelt oder mittels einer Schneidvorrichtung 4 in einzelne Tafeln 5 abgelängt.

Das erfindungsgemäße Sandwichblech 1 lässt sich gut plastisch umformen, insbesondere durch Tiefziehen und/oder Prägen. Hierzu werden beispielsweise von einem entsprechenden bandförmigen Verbundmaterial 1 Platinen abgeschnitten und in einer Formpresse (nicht gezeigt) zu dreidimensionalen Bauteilen, z.B. Karosserieteilen kalt umgeformt. Die Bauteile, insbesondere Karosserieteile, können dabei aufgrund der kurzen Faserlänge in der Polyurethan-Matrix in nahezu beliebigen Formen bzw. Profilen und in unterschiedlichen Abmessungen hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Sandwichblech 1 kann vorteilhaft auch beispielsweise im Schiffsbau, Flugzeugbau, Schienenfahrzeugbau, Anlagenbau sowie im Möbelbau angewendet werden. Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten des erfindungsgemäßen Sandwichblechs bzw. des Verfahrens zu seiner Herstellung denkbar, die auch bei Ausgestaltungen, die von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichen, von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen. So können die Deckbleche 1.1, 1.2 beispielsweise auch Aluminium- und/oder Magnesiumwerkstoff bestehen.