aufweisenden Schichtaufbau

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-PU-Composite-Bauteil mit einem eine Waben struktur aufweisenden Schichtaufbau, wobei die Wabenstruktur mit PU-Material verstärkt ist und der Schichtaufbau oder das Bauteil mit zumindest einer Bau teilerhebung aus PU-Material gebildet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen ei nes Fahrzeug-PU-Composite-Bauteils mit einem eine Wabenstruktur aufweisen- den Schichtaufbau.

Ein solches Fahrzeug-PU-Composite-Bauteil ist beispielsweise ein Deckel eines Dachöffnungssystems wie eines Schiebedaches oder eines Spoilerdaches, ein Flächenbauteil eines Dachmoduls, ein Verkleidungsbauteil eines Fahrzeugs oder auch eine Hutablage oder ein Schiebehimmel.

Fahrzeug-PU-Composite-Bauteile sind im Fahrzeugbau zumeist als flächige Bau teile mit einheitlicher Bauteildicke ausgeführt. Dies gilt insbesondere für Bauteile wie Hutablagen, Schiebehimmel oder gesamte Fahrzeugdächer. Eine Kernstruk- tur dieser Bauteile wird mittels eines homogenen Wabenkerns mit üblicherweise konstanter Wabenstärke gefertigt. Für Bauteile mit erhöhten Festigkeitsanforde rungen oder durch Design definierten Konturen, wie z. B. Cabriospriegel oder Flä chenspriegel eines RHT-Daches (retractable hard top), die große Dickensprünge aufweisen, können keine Waben mit konstanter Dicke verwendet werden. Bei die sen Bauteilen können speziell im Bauteilrandbereich besonders dünne Quer schnitte gefordert sind, während im Innenbereich des Bauteils große Dicken ge fordert sind. Dementsprechend müssen die Waben aufwändig mechanisch spa nend bearbeitet werden, da andernfalls die Gefahr besteht, dass die im Verfahren komprimierten Wabenteile im Randbereich aufgrund zu geringer Kunststoffdurch dringung insbesondere durch Einwirkung von Feuchtigkeit aufquellen können.

Weiterhin ist es z. B. aus der US 2007/0164131 A1 bekannt, PU-Composite- Bauteile dadurch zu bilden, dass auf eine beidseitig mit Fasermatten belegte Wa benstruktur beidseitig ein einheitliches Polyurethan aufgebracht wird und in einem Werkzeug in Form gepresst und mit erhöhter Temperatur ausgebacken oder aus gehärtet wird.

Änderungen der Bauteilgestalt mit Geometriesprüngen in z-Richtung oder Dicken richtung werden in der Regel dadurch gebildet, dass zusätzlicher Klebstoff in Form desselben Polyurethan-Materials auf den Schichtaufbau oder das PU- Composite aufgebracht wird und dass hierdurch die Bauteilerhebungen ausge formt werden.

Nachteilig ist bei diesem zusätzlichen Auftrag von Polyurethan jedoch, dass als Folge dieser lokalen Materialanhäufung deutlich mehr Polyurethan-Material für die Fierstellung der Bauteile benötigt wird. Dadurch steigen die Bauteilkosten und das Bauteilgewicht massiv an. Insgesamt wird dadurch der 3D-Formgrad des Bauteils stark eingeschränkt bzw. die nötige Bauteilnacharbeit wird massiv erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Fahrzeug-PU- Composite-Bauteil zu schaffen, das hinsichtlich seines Fierstellungsaufwandes vereinfacht und verbessert ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Fahrzeug-PU-Composite-Bauteils anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Fahrzeug-PU-Composite- Bauteil erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich das die Bauteilerhebung bil- dende Bauteilerhebungs-PU-Material von dem die Wabenstruktur verstärkenden Wabenstruktur-PU-Material unterscheidet und dass das Bauteilerhebungs-PU- Material gegenüber dem Wabenstruktur-PU-Material einen höheren Schäumgrad mit niedrigerer Materialdichte aufweist.

Die Aufgabe wird des Weiteren gemäß Anspruch 10 durch ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeug-PU-Composite-Bauteils mit einem eine Wabenstruktur aufweisenden Schichtaufbau, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gelöst, das die Schritte aufweist:

a) Bereitstellen einer mit PU-Material versehenen oder verstärkten Waben struktur und

b) Aufbringen eines Bauteilerhebungs-PU-Materials, das sich vom Waben- struktur-PU-Material unterscheidet, auf die Wabenstruktur zum Bilden einer ins besondere rahmen- oder rippenartigen Bauteilerhebung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den abhängigen An sprüchen angegeben.

Dadurch, dass sich das Bauteilerhebungs-PU-Material von dem Wabenstruktur- PU-Material unterscheidet, kann ein für die Herstellung der zumindest einen Bau teilerhebung speziell angepasstes Polyurethanmaterial verwendet werden. Erfin dungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteilerhebungs-PU-Material gegenüber dem Wabenstruktur-PU-Material einen höheren Schäumgrad mit niedrigerer Ma terialdichte aufweist. Damit kann ein ansonsten auftretender Mehrverbrauch an PU-Material für die Geometriedickensprünge bzw. an den Bauteilbereichen mit vergrößerter Dicke reduziert werden. Auch kann der Ausformungsgrad - d. h. die Fähigkeit des PU-Materials, sich an große Dickenveränderungen oder Dicken sprünge im Werkzeug anpassen zu können - deutlich verbessert werden, wenn der Schäumgrad des Polyurethans deutlich angehoben wird.

Somit können auch die Bauteileigenschaften und vor allem die Gesamtsteifigkeit des Bauteils beibehalten werden, wenn die beiden unterschiedlichen PU- Materialien in einem Bauteil in Kombination eingesetzt werden. Der herkömmliche PU-Auftrag auf die Wabenstruktur wird beibehalten und zusätzliches PU wird in den Bereichen großer Geometriedickensprünge oder auch im flächigen Einsatz durch ein stärker schäumendes PU-System bei gleichzeitig geringerem Material einsatz eingesetzt.

Durch das Aufschäumen kann die Materialeinsatzmenge für lokale Erhöhungen im Bauteil massiv reduziert werden. Dadurch reduzieren sich die Bauteilkosten und das Bauteilgewicht, während die übrigen Bauteileigenschaften im Wesentli chen nahezu nicht beeinflusst werden.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug-PU-Composite-Bauteil zeichnet sich durch wei tere Vorteile aus:

Wabenstrukturmaterial kann eingespart werden, da die Wabenstruktur nicht eine solche Dicke aufweisen muss, die der Dicke der höchsten oder dicksten Stelle des Bauteils an der Bauteilerhebung entspricht. Hieraus ergeben sich niedrigere Herstellungskosten und ein niedrigeres Bauteilgewicht.

Es ist nicht erforderlich, die Wabenstruktur durch Fräsen oder Sägen zu bearbei ten. Hieraus ergeben sich niedrigere Herstellungskosten.

Die Wabenstruktur muss nicht vorgepresst werden. Auch hierdurch ergeben sich niedrigere Herstellungskosten.

Aufgrund einer geringeren Verpressung der Wabenstruktur können sich weniger Abzeichnungen auf einer Class-A-Oberfläche ergeben, wodurch die Bauteilquali tät erhöht wird.

Bei gleicher Füllung des Bauteils mit Polyurethan kann weniger PU eingesetzt werden.

Grundsätzlich sind in einfacher Weise größere Dickensprünge im Bauteil durch diese Bauteilerhöhungen herstellbar. Die Dichte des Bauteils oder der zumindest einen Bauteilerhebung kann be reichsweise unterschiedlich eingestellt werden, so dass z. B. Sollbruchstellen oder Verstärkungen realisiert werden können.

Die Bauteilerhebung kann eine rippenartige Verstärkung des Bauteils und insbe sondere eine randseitige rahmenartige Verstärkung bilden. Jedoch sind auch an dere Bereiche des Bauteils durch Materialauftrag als Verdickungen oder Verstär kungen zu bilden, wie z. B. flächige und insbesondere am Bauteil zentrale Bau teilerhebungen.

Zweckmäßigerweise ist das Bauteilerhebungs-PU-Material auf dem Wabenstruk- tur-PU-Material aufgebracht. Die Wabenstruktur ist demnach zunächst gänzlich mit dem Wabenstruktur-PU-Material verstärkt.

Jedoch kann die Wabenstruktur auch nur bis zu einem Bereich und außerhalb dieses Bereichs mit Wabenstruktur-PU-Material verstärkt sein und dieser Bereich der Wabenstruktur, der mit einer Bauteilerhebung versehen werden soll, wird demzufolge auch mit Bauteilerhebungs-PU-Material verstärkt und erhält den zu sätzlichen Materialauftrag für die Bauteilerhebung. Zweckmäßigerweise kann da her vorgesehen sein, dass das Bauteilerhebungs-PU-Material in einem für die Bauteilerhebung vorgesehenen Bereich der Wabenstruktur anstelle des Waben struktur- PU- Materials zur Verstärkung der Wabenstruktur und zur Bildung der Bauteilerhebung aufgebracht ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bauteilerhebung mittels Sprühauftrag des Bauteilerhebungs-PU-Materials gebildet. Die endgültige Form gebung der Bauteilerhebung und des Bauteils erfolgt in einem geschlossenen Formwerkzeug durch Formdruck und erhöhter Temperatur zum Aushärten des PU-Materials.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Bauteilerhebungs-PU-Material eine Dichte im Bereich von 0,30 g/cm ³ bis 0,80 g/cm ³ , bevorzugt von 0,30 g/cm ³ bis 0,70 g/cm ³ und insbesondere von 0,30 g/cm ³ bis 0,50 g/cm ³ aufweist. Aus diesen un terschiedlichen Dichtewerten wird jeweils ein Dichtewert für eine bestimmte zu erzielende Festigkeit und für ein daraus resultierendes Gewicht ausgewählt.

Zweckmäßigerweise enthält das Bauteilerhebungs-PU-Material ein Additiv, ein Treibmittel oder einen Stabilisator. Durch Zugabe zumindest eines dieser Mittel kann der Schäumgrad verbessert und das Aufschäumen gesteuert und insbeson dere beschleunigt werden. Als Treibmittel kann z. B. Wasser eingesetzt werden, das die Reaktivität verstärkt.

In bevorzugter Gestaltung ist die Wabenstruktur des Fahrzeug-PU-Composite- Bauteils mit einer insbesondere faserverstärkten ersten, oberen oder innenseiti gen PU-Schicht und/oder einer insbesondere faserverstärkten zweiten, unteren oder außenseitigen PU-Schicht versehen. Diese PU-Schicht ist zweckmäßiger weise aus dem Wabenstruktur-PU-Material gebildet, kann aber auch insbesonde re in dem Bereich, in dem eine Bauteilerhebung gebildet werden soll, aus dem Bauteilerhebungs-PU-Material gebildet sein. Zweckmäßigerweise kann daher vorgesehen sein, dass die innenseitige PU-Schicht und/oder die außenseitige PU- Schicht zumindest in dem Bereich einer darauf aufgebrachten Bauteilerhebung aus Bauteilerhebungs-PU-Material gebildet ist bzw. sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeug-PU- Composite-Bauteils gemäß Anspruch 10 mit einem eine Wabenstruktur aufwei senden Schichtaufbau wird somit zunächst eine Wabenstruktur bereitgestellt, die mit PU-Material versehen oder verstärkt ist, das als Wabenstruktur-PU-Material bezeichnet wird und das einen bestimmten Schäumgrad mit entsprechender Ma terialdichte aufweist. Anschließend wird ein Bauteilerhebungs-PU-Material, das sich vom Wabenstruktur-PU-Material unterscheidet, auf die Wabenstruktur zum Bilden einer insbesondere rahmen-oder rippenartigen Bauteilerhebung aufge bracht. Durch wählbare und einstellbare unterschiedliche Materialeigenschaften des Polyurethans bzw. des Bauteilerhebungs-PU-Materials können Eigenschaften des Bauteils wie Festigkeit und Gewicht definiert eingestellt werden. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn das Bauteilerhebungs-PU-Material gegenüber dem Wabenstruktur-PU-Material mit einem höheren Schäumgrad bei niedrigerer Mate rialdichte aufgeschäumt wird, insbesondere unter Zugabe eines Additivs, eines Treibmittels oder eines Stabilisators.

Die Wabenstruktur kann zumindest eine Deckschicht aus insbesondere PU- Material aufweisen, die auf derjenigen Seite gebildet ist, auf der die Bauteilerhe bung angebracht wird.

Neben den oben zu dem PU-Composite-Bauteil angegebenen Vorteilen ist wei terhin eine gesteigerte Prozesssicherheit im Verfahrensablauf aufgrund folgender Faktoren zu nennen:

- Geringeres Gewicht des PU-Composite-Bauteils vereinfacht die Handhabung, auch bei Einsatz von Robotern;

- Durch das geringere PU-Schussgewicht kann die Handlingszeit und somit die kritische Materialoffenzeit verringert werden;

- Durch eine verbesserte Kantenfüllung reduziert sich die Nacharbeit an komple xen Bauteilen.

Gemäß einer bevorzugten Gestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Bauteilerhebungs-PU-Material insbesondere mittels eines Sprühkopfes einer Sprüheinrichtung auf die insbesondere in einem offenen Formwerkzeug angeord nete Wabenstruktur bzw. deren Deckschicht aufgesprüht wird und dass das auf gesprühte Bauteilerhebungs-PU-Material anschließend in einem bzw. dem ge schlossenen Formwerkzeug in die Form der an der Wabenstruktur gebildeten Bauteilerhebung verpresst wird. Das Bauteilerhebungs-PU-Material kann auch außerhalb des Formwerkzeugs z. B. in einer Sprühkabine z. B. beidseitig auf die Wabenstruktur aufgesprüht werden. Die Handhabung und das Einlegen der be sprühten Wabenstruktur in das Formwerkzeug erfolgt zweckmäßigerweise mittels Roboter.

Bevorzugt werden bei der Vermengung von Polyol und Isocyanat zum Bereitstel len des PU-Materials zwei verschiedene Polyole verwendet, wobei das eine Po lyol eine normale Freischaumdichte und das zweite Polyol eine um die Hälfte re- duzierte Freischaumdichte aufweist. Dabei kann das Verhältnis der beiden Polyo le beliebig gewählt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eines erfin- dungsgemäßen Fahrzeug-PU-Composite-Bauteils unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt eines PU-Composite-

Bauteils mit einer mit Wabenstruktur-PU-Material verstärkten Wa- benstruktur und mit einer darauf durch aufgebrachtes Bauteilerhe- bungs-PU-Material gebildeten Bauteilerhebung;

Fig. 2 in einer Schnittansicht gemäß Fig. 1 die mit Wabenstruktur-PU- Material verstärkte Wabenstruktur und dem darauf aufgebrachten Bauteilerhebungs-PU-Material vor der Formgebung des PU-

Composite-Bauteils in einem Formwerkzeug; und

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung eine Sprüheinrichtung zum Auf trägen von PU-Material.

Ein Fahrzeug-PU-Composite-Bauteil 1 (siehe Ausschnittdarstellung der Fig. 1 ) wie z. B. ein Teil eines Dachmoduls oder ein Deckel eines öffnungsfähigen Daches wie eines Schiebedaches oder Schiebehebedaches oder dergleichen weist einen Schichtaufbau 2 mit einer zentralen Wabenstruktur 3 als Kernschicht und mit beidseitigen Deckschichten 4 und 5 aus PU-Material auf, wobei dieses die Wa benstruktur 3 verstärkende Material als PU-Wabenstruktur-Material 6 bezeichnet wird. Das PU-Wabenstruktur-Material 6, das zum Erhöhen der Festigkeit bei der Herstellung auch in die Wabenstruktur 3 in wählbarer Tiefe eingedrungen sein kann, enthält vorzugsweise Fasern wie z. B. Glasfasern, Basaltfasern, Kohlefa- sern oder Naturfasern zur Verstärkung der Festigkeit der Deckschichten 4 und 5 und damit des Schichtaufbaus 2. In Fig. 1 ist z. B. die obere Bauteilseite mit der Deckschicht 4 die Innenseite 7 des Bauteils 1 und die untere Bauteilseite mit der Deckschicht 5 die Außenseite 8 des Bauteils 1. Auf der einen bzw. der oberen Deckschicht 4 der Wabenstruktur 3 ist eine Bau teilerhebung 9 gebildet, die z. B. eine Verstärkung des Bauteils 1 in Form einer Rippe oder eines Rahmenteils darstellt. Die Bauteilerhebung 9 ist aus einem PU- Material gebildet, das als Bauteilerhebungs-PU-Material 10 bezeichnet wird und das Materialeigenschaften aufweist die sich von denjenigen des PU- Wabenstruktur-Materials 6 unterscheiden.

Das Bauteilerhebungs-PU-Material 10 weist gegenüber dem Wabenstruktur-PU- Material 6 insbesondere einen höheren Schäumgrad und damit eine niedrigere Materialdichte auf. So kann das Bauteilerhebungs-PU-Material 10 eine Dichte im Bereich von 0,30 g/cm ³ bis 0,80 g/cm ³ , bevorzugt von 0,30 g/cm ³ bis 0,70 g/cm ³ und insbesondere von 0,30 g/cm ³ bis 0,50 g/cm ³ aufweisen.

Die niedrigere Dichte des Bauteilerhebungs-PU-Materials 10 bewirkt ein geringe res Gewicht der daraus gebildeten Bauteilerhebung 9 im Vergleich mit der Her stellung der Bauteilerhebung 9 mit dem für die Deckschichten 4, 5 verwendeten Wabenstruktur-PU-Material 6. Die Dichte ist derart gewählt, dass die Material- und Funktionseigenschaften der Bauteilerhebung 9 wie z. B. eines daraus gebil deten Rahmens oder dergleichen oder einer flächigen Erhöhung des Bauteils 1 nicht oder nur unwesentlich beeinträchtig sind.

Fig. 2 zeigt den Schichtaufbau 2 mit der Wabenstruktur 3 mit den beiden aus Wa- benstruktur-PU-Material 6 gebildeten Deckschichten 4 und 5 als Halbzeug vor der Formgebung in einem Formwerkzeug. Ein erhabener Streifen 1 1 aus Bauteilerhe- bungs-PU-Material 10 ist auf die obere oder innere Deckschicht 4 aufgebracht worden, z. B. mittels eines Sprühkopfes einer PU-Spritz- oder Sprüheinrichtung 12 (siehe Fig. 3). Der Schichtaufbau 2 befindet sich beim Aufträgen des Bau- teilerhebungs-PU-Materials 10 beispielsweise in einem geöffneten Formwerkzeug oder außerhalb eines Formwerkzeuges z. B. in einer Sprühkabine. Das Bauteiler hebungs-PU-Material 10 weist zweckmäßigerweise eine zähflüssige Konsistenz auf, so dass ein solcher erhabener Streifen am Halbzeug gebildet werden kann und bis zum Einbringen in das Formwerkzeug seine Gestalt im Wesentlichen bei behält.

Die in Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellung gezeigte Sprüheinrich tung 12 zum Aufträgen von PU-Material enthält einen Sprüh- oder Mischkopf 13 mit einer Mischkammer 14, in die einerseits über eine erste Zuleitung 15 Isocya- nat und andererseits über eine zweite Zuleitung 16 Polyol zugeführt wird, wobei der zweiten Zuleitung 16 ein Impfblock 17 vorgeschaltet ist, in dem zwei unter schiedliche Polyole oder PU-Komponenten über Zuleitungen 18 und 19 über ein Mischventil 20 gemischt und über die Zuleitung 16 in die Mischkammer 14 geleitet werden. Über eine Sprühöffnung 21 im Sprüh- oder Mischkopf 13 tritt ein PU- Spray 22 zum Erzeugen des Bauteilerhebungs-PU-Materials 10 aus.

Die zwei unterschiedlichen Polyole oder PU-Komponenten weisen unterschiedli che Eigenschaften auf, so dass durch deren gezielte geregelte Mischung das Bauteilerhebungs-PU-Material 10 in der jeweils erforderlichen Zusammensetzung und Konsistenz zum Erzielen des jeweils gewünschten Schäumgrades bzw. der Dichte erzeugt werden kann.

Im vorliegenden Fall werden zwei unterschiedliche Polyole verwendet, wobei be vorzugt das eine Polyol eine normale Freischaumdichte und das andere Polyol eine um die Hälfte reduzierte Freischaumdichte aufweist und das Mischungsver hältnis der beiden Polyole beliebig gewählt werden kann.

Das in der Gestalt der Fig. 2 vorliegende Bauteil 1 wird im Formwerkzeug unter Form- oder Pressdruck und unter Wärmezugabe in die in Fig. 1 dargestellte Form gebracht. Zusätzlich zu der Formgebung der Bauteilerhebung 9 kann der Schicht aufbau 2 zumindest in einem bestimmten Bereich 23 durch Komprimierung zu mindest der Wabenstruktur 3 geformt und zusätzlich auch verfestigt werden.

Die Wabe oder Wabenstruktur ist bevorzugt aus Papier (paper honeycomb), aus Aluminium oder aus einem Kunststoff wie z. B. Phenolharz hergestellt. Als Wabe werden auch z. B. wellenförmig verlaufende Bauteile oder Abstandsteile, die senkrecht zu den Außenflächen der Wabenstruktur verlaufen, oder zellenartige Strukturen verstanden.

Die in der obigen Beschreibung enthaltenen Richtungsangaben„oben“ und„un- ten„ sowie„außen“ und„innen“ betreffen lediglich die Darstellung des Ausfüh rungsbeispiels in den Figuren und schränken z. B. die Anordnung der Deck schichten und der Bauteilerhebungen nicht ein.

Die in der Beschreibung und anhand des Ausführungsbeispiels sowie in den Figu- ren offenbarten einzelnen Merkmale der Erfindung können in beliebigen technisch zweckmäßigen Anordnungen und Gestaltungen mit dem Erfindungsgegenstand in seiner allgemeinen Form kombiniert werden.

Bezugszeichenliste Fahrzeug-PU-Composite- 13 Sprüh- oder Mischkopf Bauteil 14 Mischkammer

Schichtaufbau 15 erste Zuleitung

Wabenstruktur 16 zweite Zuleitung Deckschicht 17 Impfblock

Deckschicht 18 Polyol-Zuleitung PU-Wabenstruktur-Material 19 Polyol-Zuleitung Innenseite 20 Mischventil

Außenseite 21 Sprühöffnung

Bauteilerhebung 22 PU-Spray

Bauteilerhebungs-PU-Material 23 Bereich

Streifen

Spritz- oder Sprüheinrichtung