28. August 2008

Schwingungsdämpfendes Verbundbauteil

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil umfassend mindestens ein Grundblech und mindestens ein auf dem Grundblech angeordnetes Sandwichbauteil sowie eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils .

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verbundbauteile bekannt, welche beispielsweise als Doppelbleche oder gepatchte Bleche, d.h. Bleche mit lokalen Aufdopplungen, ausgebildet sind. Beispielsweise ist aus der DE 43 07 563 ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils bekannt, bei welchem ein Grundblech zusammen mit einem Verstärkungsblech gemeinsam tiefgezogen wird, nachdem das Verstärkungsblech mit dem Grundblech verbunden wurde. Das so hergestellte Verbundbauteil weist eine hohe Bauteilsteifigkeit auf. Allerdings sind die schwingungsdämpfenden Eigenschaften des bekannten Verbundbauteils verbesserungsfähig, so dass der Einsatz eines entsprechenden Verbundbauteils beispielsweise als Stirnwand in einem Kraftfahrzeug nur durch zusätzliche schwingungsdämpfende Maßnahmen möglich ist. Ferner sind aus dem Stand der Technik schwingungsdämpfende Verbundbauteile bekannt, bei welchen auf einem Grundblech polymere Schwermatten (Dämpfung) und/oder dämmende Materialien (z.B. ein Faservlies) aufgebracht sind.

Allerdings ist das Gewicht des bekannten schwingungsdampfenden Verbundbauteils relativ hoch.

Hiervon ausgehend, liegt der vorliegend Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil mit sehr guten schwingungsdampfenden Eigenschaften zur Verfugung zu stellen, welches sich auf einfache Weise herstellen lasst und für Leichtbaukonzepte geeignet ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde für die erfindungsgemaßen Verbundbauteile vorteilhafte Verwendungen vorzuschlagen.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein gattungsgemaßes Verbundbauteil dadurch gelost, dass das Sandwichbauteil mindestens zwei äußere Bleche und mindestens eine zwischen den Blechen angeordnete Kunststoffschicht aufweist.

Es hat sich gezeigt, dass die zwischen beiden Blechen der Sandwichstruktur angeordnete Kunststoffschicht zu guten schwingungsdampfenden Eigenschaften des Verbundbauteils fuhrt und damit die Eigenschaften einer Tilgermasse übernimmt, ohne eine hohe Masse aufzuweisen. Entsprechende Sandwichbauteile mit einer zwischen zwei Blechen angeordneten Kunststoffschicht sind relativ einfach herstellbar sind. Zudem kann, wie bereits ausgeführt, die Masse trotz sehr guter schwingungsdampfender Eigenschaften gering gehalten werden, so dass erfindungsgemaße Verbundbauteile auch für Leichtbaukonzepte einsetzbar sind.

Die schwingungsdampfenden Eigenschaften des erflndungsgeπiaßen Verbundbauteils können dadurch weiter verbessert werden, dass die KunststoffSchicht aus einem visko-elastischen Polymer besteht. Hierdurch wird die durch die Schwingungen des Grundblechs m das Sandwichbauteil eingebrachte mechanische Energie sehr gut absorbiert und die vom Sandwichbauteil aufgenommenen Schwingungen stark gedampft.

Gemäß einer weitergebildeten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verbundbauteils weist das Sandwichbauteil eine die Steifigkeit des Verbundbauteils erhöhende Struktur auf. Als die Steifigkeit erhöhende Strukturen werden beispielsweise Profliierungen, Aufwölbungen, Einpragungen, Falten und/oder Sicken angesehen. Durch die entsprechenden Strukturen können die Blechdicken für das Sandwichbauteil weiter reduziert werden, so dass eine weitere Gewichtsersparnis erreicht wird.

Vorzugsweise ist das Sandwichbauteil mit dem Grundblech Stoffschlüssig durch Verschweißen, Verkleben oder Loten verbunden. Die stoffschlussige Verbindung ergibt eine maximale Steifigkeit des erfindungsgemaßen Verbundbauteils. Im Gegensatz zum Loten und Verschweißen können die akustischen Eigenschaften des Verbundbauteils durch ein Verkleben noch weiter verbessert werden, da beim Verkleben aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe, also Metall und Kleber, Schwingungsenergie beim übergang der Schwingungen vom Blech auf das Sandwichbauteil absorbiert werden kann. Bei einer großflächigen Verklebung von Sandwichbauteil und Grundblech kann insbesondere bei

crashrelevanten Bauteilen im Fahrzeug die im Crash-Falle auftretenden Verformungsenergien großflächig in das Sandwichbauteil eingeleitet werden. Das Crashverhalten des Verbundbauteils kann dadurch weiter verbessert werden.

Gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils ist zum Verkleben des Sandwichbauteils mit dem Grundblech ein Epoxydharz vorgesehen, wobei dessen Schichtdicke vorzugsweise maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt maximal 0,3 mm beträgt. Epoxydharze können beispielsweise thermisch ausgehärtet werden, so dass die Verbindung zwischen Sandwichbauteil und Grundblech durch eine einfache Erwärmung beider Bauteile erzielt werden kann. Bei Schichtdicken von maximal 0,5 mm beziehungsweise maximal 0,3 mm ergeben sich die höchsten Festigkeiten der Verbindung von Grundblech und Sandwichbauteil. Vorzugsweise kann die Wärmezufuhr, welche üblicherweise im Bereich von 140 bis 22O ⁰ C erfolgt, nach einer kathodischen Tauchlackierung erfolgen, so dass der Herstellprozess des erfindungsgemäßen Verbundbauteils einfach in bestehende Fertigungen, insbesondere im Rohbau integriert werden kann. Das Verkleben des Sandwichbauteils kann auch mit einem beölten Grundblech erfolgen, wobei Maßnahmen zur Entfernung der passiven Korrosionsschutzschicht entfallen können, da Krater dadurch eingesperrt werden können.

Eine weitere Verbesserung der schwingungsdämpfenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundbauteils wird dadurch erreicht, dass zum Verkleben des Sandwichbauteils mit dem Grundblech ein Kautschuk oder Polyurethan basierter Kleber verwendet wird, dessen Schichtdicke vorzugsweise maximal 5 mm, insbesondere maximal 3 mm

betragt. Wird Polyurethan verwendet, kann eine erste Festigkeit der Verbindung zwischen Grundblech und Sandwichbauteil durch die Einwirkung von Feuchtigkeit erzielt werden, so dass eine Fixierung des

Sandwichbauteils auf dem Grundblech vor dem letztendlichen Ausharten der Verbindung möglich ist. Durch gezielte Wärmezufuhr kann dann die Verbindung zwischen Grundblech und Sandwichbauteil ausgehartet werden, so dass eine relativ spannungsarme Verbindung zwischen Grundbauteil und Sandwichbauteil erzielt wird. Denkbar ist auch eine kalthartende Verklebung beispielsweise auf bereits lackierten Grundblechen vorzusehen, insbesondere dann, wenn keine Wärmebehandlung wie beispielsweise eine kathodische Tauchlackierung durchlaufen werden soll.

Vorzugsweise wird das Grundblech vor dem Verbinden mit dem Sandwichbauteil umgeformt, um beispielsweise die Steifigkeit des Verbundbauteils weiter zu erhohen.

Alternativ zum Verkleben kann das Sandwichbauteil durch Punkt-, Laser- oder Widerstandsschweißen mit dem Grundblech verbunden sein. Beim Widerstandsschweißen ist hierzu die Schicht zwischen den beiden Blechen des Sandwichbauteils leitfahig zu gestalten. Allen genannten Schweißverfahren ist gemein, dass diese hoch automatisiert und flexibel durchgeführt werden können, so dass deren Verwendung prinzipiell die Kosten zur Herstellung eines erfmdungsgemaßen Verbundbauteils senken können.

Eine verbesserte Anpassung an die Einsatzbedingungen des erfmdungsgemaßen Verbundbauteils wird dadurch erreicht,

dass eine Mehrzahl an Sandwichstrukturen auf dem Grundblech vorgesehen sind.

Gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils bestehen das Grundblech und/oder das Sandwichbauteil aus Blechen aus Stahl oder einer Stahllegierung, um die notwendige Festigkeit, beispielsweise für den Einsatz im Kraftfahrzeugbau, zu gewährleisten .

Vorzugsweise ist mindestens ein Blech des Verbundbauteils metallisch und/oder organisch zumindest teilweise beschichtet. über die Beschichtungen können bestimmte Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundbauteils verbessert werden. Beispielsweise wird über eine Verzinkung der Bleche eine verbesserte

Korrosionsbeständigkeit erreicht. Allerdings ist es auch möglich dies über eine organische Beschichtung zu realisieren.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils im Kraftfahrzeugbau, insbesondere als Stirnwand eines Kraftfahrzeuges gelöst. Wie bereits zuvor ausgeführt, weist das erfindungsgemäße Verbundbauteil vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Schwingungsdämpfung bei gleichzeitig hoher Bauteilsteifigkeit und geringem Gewicht auf. Darüber hinaus kann das auf dem Grundblech angeordnete Sandwichbauteil auch als Durchstoßschutz dienen. Die Stirnwand, welche die Fahrgastzelle von dem Motorraum trennt, ist daher ein typischer Anwendungsfall für das

erfindungsgemäße Verbundbauteil. Es sind aber auch weitere Anwendungsfälle im Kraftfahrzeugbau für das erfindungsgemäße Verbundbauteil denkbar, sofern der Bauraum vorhanden ist. Aufgrund der aussteifenden und gleichzeitig schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Blechs ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils im Bodenblech einer Fahrzeugkarosserie, vorzugsweise im Tunnelbereich, im Bereich der Rückwand, also der Trennwand zwischen Fahrgastraum und Kofferraum oder Ladefläche sowie beispielsweise der Hutablage vorteilhaft. In den genannten Verwendungsbereichen treten einerseits unerwünschte Vibrationen auf, andererseits ist gleichzeitig eine hohe Bauteilsteifigkeit gefordert.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verbundbauteil auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung zweier

Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes schwingungsdämpfendes Verbundbauteil in einer schematischen Schnittansieht,

Fig. 2 a) und b) eine schematische Schnittansicht zweier Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbundbauteils und

Fig. 3 a) und b) zwei weitere Ausfuhrungsbeispiele des erfmdungsgemaßen Verbundbauteils in einer schematisehen Schnittansicht.

Figur 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verbundbauteil mit guten schwingungsdampfenden Eigenschaften. Das dargestellte Verbundbauteil besteht aus einem Grundblech 1 und einem darauf befestigten Dampfungsmaterial (z. B. ein Faservlies) 2 und einer zwischen Grundblech 1 und Dampfungsmateπal 2 angeordnete Schwerschicht 3 ( Dampfungsmatte) Die Dampfungsmatte 3muss zur Realisierung der Dampfungseigenschaften des bekannten Verbundbauteils eine relativ hohe Masse aufweisen, um Schwingungen, welche übertragen werden, zu dampfen. Hieraus wird deutlich, dass die bisher verwendeten schwmgungsdämpfenden Verbundbauteile ein für Leichtbaukonzepte relativ hohes Gewicht aufweisen. Darüber hinaus ist die Bauteilsteifigkeit des m Figur 1 dargestellten Verbundbauteils verbesserungswύrdig.

Figur 2 zeigt nun ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Verbundbauteils bestehend aus einem Grundblech 1 und einem Sandwichbauteil 5, welches aus einem ersten Blech 6, einem zweiten Blech 7 und einer dazwischen liegenden KunststoffSchicht 8 besteht. Darüber hinaus weist das Sandwichbauteil 5 eine Struktur auf, welche zur Erhöhung der Steifigkeit des

Ausfuhrungsbeispiels des erfindungsgemaßen Verbundbauteils dient. Zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften ist das Sandwichbauteil über Klebepunkte 9 mit dem Grundblech 1 verbunden. Aufgrund des Materialubergangs zwischen dem Metall des Grundbleches 1, dem Klebepunkt 9 und dem

Sandwichbauteil 5 erfolgt an den Klebepunkten 9 eine zusätzliche Schwingungsdämpfung. Wie die Figur 2a) weiter zeigt, ist das Grundblech 1 verformt worden, um das Sandwichbauteil 5 aufzunehmen. Eine weitere Erhöhung der Steifigkeit des Verbundbauteils wird durch die Anordnung des Sandwichbauteils gemäß Fig. 2b) erzielt.

Das Sandwichbauteil 5 ist derart aufgebaut, dass zwei Bleche 6, 7 mit gleicher Dicke, beispielsweise von 0,5 mm, mit einer visko-elastischen Polymerschicht mit einer Dicke von beispielsweise 50μm verbunden sind. Die Polymerschicht kann je nach Anwendungsfall 15 bis 1500 μm, bevorzugt 25 bis 50 μm betragen. Die Blechdicken der Bleche 6,7 können zwischen 0,2 mm und 2 mm variieren.

Einen positiven Einfluss auf die Dämpfungseigenschaften wird dadurch erreicht, dass die Verbindung zwischen dem Grundblech 1 und dem Sandwichbauteil 5 durch einen Epoxydharzkleber 9 mit einer Schichtdicke von etwa 0,2 mm erfolgt. Im Rohbau liegt das Grundblech 1 beispielsweise in beölten Zustand vor. Die Klebeverbindungen zwischen dem Sandwichbauteil 5 und dem Grundblech 1 absorbieren Schwingungen, welche vom Grundblech 1 auf das Sandwichbauteil 5 übertragen werden und wirken insofern zusätzlich schwingungsdämpfend. Zur Aushärtung der Verbindung zwischen dem Grundblech 1 und dem Sandwichbauteil 5 wird das gesamte Verbundbauteil, beispielsweise nach einer kathodischen Tauchlackierung auf etwa 18O ⁰ C erwärmt.

In Figur 3 ist nun ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbundbauteils dargestellt, welches im

Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2 aus Blechen 6, 7 mit unterschiedlicher Dicke besteht. Die visko-elastische Polymerschicht 8 beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise 0,5 mm, während die Blechdicke des ersten Bleches 6 1,2 mm und die Blechdicke des zweiten Bleches 7 etwa 0,5 mm entspricht. Die Dicken der Schichten sind hier nicht maßstäblich dargestellt. Durch den Aufbau des Sandwichbauteils 5 kann insbesondere auf zusätzliche schwingungsdämpfende Anforderungen reagiert werden. Das Sandwichbauteil 5 kann aber auch bei Verwendung des Verbundbauteils in einer oder als Stirnwand, welche beispielsweise den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges vom Motorraum trennt, als Durchstoßschutz dienen, um die Sicherheit der Fahrgastzelle zu verbessern.

Die Ausgestaltung des Verbundbauteils gemäß Fig. 3b) bewirkt eine wesentlich höhere Steifigkeit als die Ausführung aus Fig. 3a) . Die Anordnung des Sandwichbauteils hängt jeweils von der entsprechenden Einbausituation ab, wobei aber beide Ausführungen nach Fig. 3 a) und b) ausreichende schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweisen.

Bei diesen Beispielen kommen Kleber in Frage, die kalthärtend sind und primär auf lackierten Blechen beispielsweise nach einer kathodischen Tauchlackierung Anwendung finden.