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DE102011106839A1 - Load-bearing outer module for e.g. door of motor car, has outer shell including outer layer that forms external layer of module, and inner shell including stiffening elements on side that faces away from outer shell - Google Patents

Load-bearing outer module for e.g. door of motor car, has outer shell including outer layer that forms external layer of module, and inner shell including stiffening elements on side that faces away from outer shell Download PDF

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DE102011106839A1
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DE
Germany
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module
smc
tool
outer shell
shell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102011106839A
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German (de)
Inventor
Michael Fütterer
Eckhard Reese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Abstract

The module (1) has a multi-layer structure comprised of fiber reinforced thermoplastic inner shell i.e. covering layer, and an outer shell i.e. outer covering layer, with an outer layer, which forms an external layer (1') of the module. The inner shell includes stiffening elements on a side facing away from the outer shell. The stiffening elements are injected either on the inner covering layer as ribs or directly inserted into the inner covering layer as beads. The outer shell is formed as a sheet molding composite (SMC) outer shell such that a structure core is arranged between the shells. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing an outer module (2) a modular housing component.

Description

Die Erfindung betrifft ein tragendes Außenmodul mit einer Außenbeplankung für eine modular aufgebaute Gehäusekomponente, bei der es sich insbesondere um eine Tür- oder Verkleidungskomponente eines Kraftfahrzeugs handelt, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Außenmoduls.The invention relates to a supporting outdoor module with an outer panel for a modular housing component, which is in particular a door or trim component of a motor vehicle, and a method for producing the outer module.

Modulare Kraftwagentüren bzw. Karosserieverkleidungen weisen in der Regel einen dreiteiligen Aufbau auf und umfassen ein Innenmodul, an welches außenraumseitig ein Außenmodul und innenraumseitig ein Türinnenbelag angebracht ist. Das Außenmodul kann selbsttragend ausgebildet sein, um ein besseres Handling und eine einfachere Montage des Moduls zu erreichen, weist aber üblicherweise keine unmittelbare Tragfunktion der Fahrzeugtür auf.Modular motor vehicle doors or body panels generally have a three-part construction and comprise an inner module to which an outer module outside and inside a door inner lining is attached. The outdoor module may be self-supporting to achieve better handling and easier installation of the module, but usually has no immediate support function of the vehicle door.

Erfüllen die Türinnenverkleidung und die Beplankung des Außenmoduls in erster Linie kaum strukturelle Aufgaben, dienen in den meisten Fällen ausschließlich die Verstärkungsbereiche des Innenmoduls und des Türrahmens bzw. Außenmoduls als Crashstrukturen. Dabei kann es sich um einen diagonal verlaufenden Seitenaufprallschutz handeln, wie er in der DE 10 2005 009 179 A1 beschrieben ist. Dort wird eine Kraftwagentür offenbart, die ein geringeres Gewicht aufweist, in der Montage leichter zu handhaben ist und zusätzlich eine höhere Crashstabilität aufweist. Diese Kraftwagentür weist eine dem Außenmodul entsprechende Außenschale mit einer Außenbeplankung und eine Innenschale auf, die durch Türschmalseiten bildende Verstärkungen gebildet ist. An der Innenschale ist innenraumseitig mindestens ein Trägerbauteil für Funktionsbauteile angeordnet. Dabei sind die Türschmalseiten der Innenschale und das Trägerbauteil zu einem einzigen dem Innenmodul entsprechende Modulbauteil zusammengefasst, das mit einer separaten Türinnenverkleidung versehen ist.If the door interior trim and the exterior module cladding fulfill hardly any structural tasks in the first place, in most cases only the reinforcement areas of the interior module and of the door frame or exterior module serve as crash structures. This may be a diagonal side impact protection, as in the DE 10 2005 009 179 A1 is described. There, a motor vehicle door is disclosed which has a lower weight, is easier to handle in the assembly and also has a higher crash stability. This motor vehicle door has an outer shell corresponding outer module with a Außenbeplankung and an inner shell, which is formed by door narrowing side forming reinforcements. At least one support component for functional components is arranged on the inner side of the inner shell. Here, the door narrow sides of the inner shell and the support member are combined to form a single module module corresponding to the inner module, which is provided with a separate door inner lining.

Die DE 10 2004 011 250 B3 befasst sich mit der lösbaren Befestigung einer Kunststoffaußenbeplankung am Türrahmen mittels Schienen und Haken. In der Regel wird die Außenbeplankung von Karosseriebauteilen in modernen Kraftwagentüren nicht in die Steigerung der Crashperformance einbezogen und benötigt wegen ihrer geringen Steifigkeit zusätzliche Versteifungselemente. Dazu wird in der DE 10 2008 034 038 A1 eine besonders gewichtsgünstige und steife Verstärkungsstruktur für eine Seitentür eines Kraftwagens beschrieben. Diese weist ein Türträgerteil für die Türaußenbeplankung und ein Verstärkungselement zur Erhöhung der Beulsteifigkeit der Tür in Hochrichtung zumindest über eine Teilhöhe der Tür auf. Allerdings werden diese Versteifungselemente nachträglich an die Rahmenstruktur des Außenmoduls angebracht. Nötig sind diese, um einerseits die Beulsteifigkeit zur Vermeidung von Bagatellschäden und zur Erzielung einer Class-A-Oberfläche zu verbessern und zudem die Schwingempfindlichkeit der großen Fläche zu verringern, um akustische Effekte wie z. B. Dröhnen zu verhindere.The DE 10 2004 011 250 B3 deals with the releasable attachment of a plastic outer panel to the door frame by means of rails and hooks. In general, the exterior planking of body components in modern motor vehicle doors is not included in the increase in crash performance and requires because of their low rigidity additional stiffening elements. This is in the DE 10 2008 034 038 A1 a particularly lightweight and rigid reinforcing structure for a side door of a motor vehicle described. This has a door support part for the door outer panel and a reinforcing element for increasing the buckling rigidity of the door in the vertical direction at least over a partial height of the door. However, these stiffening elements are subsequently attached to the frame structure of the outer module. These are necessary, on the one hand to improve the dent resistance to avoid minor damage and to achieve a Class-A surface and also to reduce the vibration sensitivity of the large area to acoustic effects such. B. to prevent droning.

Die DE 10 2007 042 418 A1 legt ein selbsttragendes Außenmodul, das aus einer auf einen tragenden Rahmen aufgebrachten Beplankung besteht, dar. Die Tragstruktur eignet sich für eine einfache Montage der Module, trägt aber nicht als Strukturbauteil zur Steigerung der Crashperformance bei.The DE 10 2007 042 418 A1 sets a self-supporting exterior module, which consists of a mounted on a supporting frame planking, represents. The support structure is suitable for easy installation of the modules, but does not contribute as a structural component to increase the crash performance.

Grundsätzlich ist der modulare Aufbau von Kraftwagentüren eine gängige Methode, um den Handhabungs- und Montageaufwand zu reduzieren. Die Außenbeplankung umfasst hierbei meist nur ein Türaußenblech ohne strukturelle Aufgaben als Bestandteil der Fahrzeugkarosserie.Basically, the modular design of motor vehicle doors is a common method to reduce the handling and assembly costs. The outer skin usually comprises only an outer door panel without structural tasks as part of the vehicle body.

Bekannt sind aus der DE 10 2007 024 163 A1 modular aufgebaute Karosserieteile, bei denen ein aus Kunststoff gefertigtes Beplankungsteil auf einer Tragstruktur aus Stahl oder Leichtmetall angebracht wird. Die Tragstruktur trägt dabei zu einer höheren Steifigkeit und Festigkeit bei und ermöglicht dadurch die Class-A-Oberflächentauglichkeit der Kunststoffbeplankung.Are known from the DE 10 2007 024 163 A1 Modular body parts, in which a planking part made of plastic is mounted on a supporting structure made of steel or light metal. The support structure contributes to a higher rigidity and strength and thereby enables the Class A surface suitability of the plastic skin.

Aus der DE 202 20 552 U1 ist eine Kraftfahrzeugtür mit einer Außenbaugruppe und mit einem Aggregateträger bekannt. Die Außenbaugruppe weist eine Türaußenhaut auf und bildet eine äußere Designfläche der Kraftfahrzeugtür und der Aggregateträger ist auf der einem Fahrzeuginnenraum zugeordneten Seite der Außenbaugruppe angeordnet und mit der Außenbaugruppe verbindbar; er trägt elektrische und/oder mechanische Funktionskomponenten der Kraftfahrzeugtür. Die Außenbaugruppe weist im Bereich ihrer äußeren Ränder Verstärkungsbereiche auf, so dass diese eine hinreichende Eigensteifigkeit besitzt und als separates, von dem Aggregateträger unabhängiges Türelement handhabbar ist, das erst in einem abschließenden Montageschritt mit dem Aggregateträger zur Herstellung der kompletten Fahrzeugtür verbunden wird.From the DE 202 20 552 U1 is a motor vehicle door with an outer assembly and known with a subframe. The outer module has an outer door skin and forms an outer design surface of the motor vehicle door and the subframe is arranged on the side of the outer subassembly assigned to a vehicle interior and can be connected to the outer subassembly; he wears electrical and / or mechanical functional components of the vehicle door. The outer module has reinforcing regions in the region of its outer edges, so that it has sufficient inherent rigidity and can be handled as a separate door element which is independent of the subframe and which is connected to the subframe for producing the complete vehicle door only in a final assembly step.

Im genannten Stand der Technik ist die Beplankung nicht als tragendes Bauteil in das Karosseriekonzept eingebunden.In the cited prior art, the planking is not integrated into the body concept as a load-bearing component.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein tragendes Außenmodul, das die Außenbeplankung aufweist, zu schaffen, das eine Verbesserung der Crashperformance bietet, akustischen und optischen Anforderungen gerecht wird und zur thermischen Isolierung und Gewichtsreduzierung beiträgt.Based on this, it is the object of the present invention to provide a supporting outer module having the outer skin, which offers an improvement in crash performance, meets acoustic and optical requirements and contributes to thermal insulation and weight reduction.

Diese Aufgabe wird durch ein Außenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an outdoor module with the features of claim 1.

Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den prozesseitigen Ablauf und Aufbau bei der Herstellung eines tragenden mehrschichtigen Außenmoduls, das die Außenbeplankung aufweist, zu verbessern, und kürzere Zykluszeiten und damit höhere Stückzahlen zu ermöglichen. A further object of the present invention is to improve the process-side sequence and structure in the production of a supporting multilayer outer module which has the outer skin, and to enable shorter cycle times and thus higher quantities.

Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by a manufacturing method having the features of claim 2. Further developments are set forth in the subclaims.

Eine modular aufgebaute Gehäusekomponente, in der entsprechend das tragende Außenmodul zum Einsatz kommt wird mit den Merkmalen des Anspruchs 10 offenbart.A modular housing component in which the supporting outer module is used accordingly is disclosed with the features of claim 10.

Ein erfindungsgemäßes Außenmodul mit Außenbeplankung für eine modular aufgebaute Gehäusekomponente weist einen Mehrschichtaufbau aus einer thermoplastischen FVK-Innenschale und einer Außenschale mit einer darauf angeordneten Außenhaut auf, die die Außenbeplankung bildet. Die thermoplastische FVK-Innenschale weist auf der von der Außenschale weg weisenden Seite Versteifungselemente auf, wodurch das Außenmodul als tragendes Bauteil ausgebildet wird. Da es sich bei der Gehäusekomponente, für die das Außenmodul vorgesehen ist, um eine modular aufgebaute Tür oder ein Verkleidungsbauteil eines Kraftfahrzeugs handeln kann, kann das Außenmodul beispielsweise in ein modulares Karosserieelement integriert werden und ermöglicht dabei nicht nur eine hohe Designfreiheit und Funktionsintegration sondern auch die Anpassung der crashbeaufschlagten Beplankung auf das Fahrzeugkonzept.An outer module according to the invention with outer skin for a modular housing component has a multi-layered construction of a thermoplastic inner lining of FRP and an outer shell with an outer skin arranged thereon, which forms the outer skin. The thermoplastic FRP inner shell has stiffening elements on the side facing away from the outer shell, whereby the outer module is formed as a supporting component. Since the housing component for which the outdoor module is provided may be a modular door or a trim component of a motor vehicle, the outdoor module can be integrated, for example, in a modular body element, thereby enabling not only high design freedom and functional integration, but also the design Adaptation of crash-impacted planking on the vehicle concept.

Zwar ist die Herstellung eines solchen Außenmoduls in einem One-Shot-Verfahren in einem einzigen Werkzeug denkbar, da dort der Ausbringungsfaktor höher ist, der angibt, wie sich das effektive Schussgewicht, also das in einem Produktionszyklus verbrauchte Material, verglichen mit dem theoretischen Schussgewicht verhält, die Quantität ist aufgrund langer Einzelprozesszeiten jedoch stark eingeschränkt. Ferner bedingt das One-Shot-Verfahren einen hohen technologischen Aufwand.Although the production of such an outer module in a one-shot process in a single tool is conceivable, since there the output factor is higher, indicating how the effective shot weight, so consumed in a production cycle material, compared to the theoretical shot weight behaves However, the quantity is very limited due to long individual process times. Furthermore, the one-shot process requires a high technological effort.

Eine erste Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Außenmoduls umfasst die Schritte:

  • – Formen eines thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs, beispielsweise eines Organoblechs, entsprechend einer Innenschalenkontur und Hinterspritzen mit den Versteifungselementen, wobei die thermoplastische FVK-Innenschale erhalten wird,
  • – kontinuierlich Herstellen eines SMC-Sheets in einem SMC-Direktverfahren und Fließpressen des SMC-Sheets entsprechend einer Außenschalenkontur, wobei die SMC-Außenschale erhalten wird,
  • – Einlegen der thermoplastischen FVK-Innenschale und der SMC-Außenschale in ein Werkzeug und Schließen des Werkzeugs,
  • – Erzeugen eines Strukturkerns in einem Hohlraum, der zwischen der thermoplastischen FVK-Innenschale und der SMC-Außenschale gebildet ist, wobei ein Rohaußenmodul erhalten wird,
  • – Heißpressen des Rohaußenmoduls,
  • – Überfluten der SMC-Außenschale mit einem Polyurethan und Bilden der Außenhaut, wobei das Überfluten der SMC-Außenschale vor oder nach dem Erzeugen des Strukturkerns durchgeführt wird. Das so geschaffene Außenmodul weist eine Class-A-Oberfläche auf. Die Außenhaut kann bereits Farbpigmente aufweisen und damit kann hier bereits ein endfertiges Außenmodul bereitgestellt sein, da jedoch Metallic-Effekte nicht mittels einer solchen IMC-Technik erzeugt werden können, ist das Außenmodul, falls eine Metallic-Lackierung erwünscht ist, noch einem nachfolgenden Lackierprozess zu unterziehen.
A first embodiment of the method for producing the outer module comprises the steps:
  • Forming a thermoplastic continuous fiber semi-finished product, for example an organic sheet, corresponding to an inner shell contour and injection-molding with the reinforcing elements, the thermoplastic inner lining of the FRP being obtained,
  • Continuously producing an SMC sheet in an SMC direct process and extruding the SMC sheet according to an outer shell contour, whereby the SMC outer shell is obtained,
  • Inserting the thermoplastic inner lining of the FVK and the outer shell of the SMC into a tool and closing the tool,
  • Producing a structural core in a cavity formed between the thermoplastic inner FRP shell and the outer SMC shell to obtain a rough outer module,
  • Hot pressing of the raw outer module,
  • Flooding of the SMC outer shell with a polyurethane and forming the outer skin, wherein the flooding of the SMC outer shell is performed before or after the creation of the structural core. The outdoor module thus created has a Class A surface. The outer skin may already have color pigments, and thus a finished outer module may already be provided here, but since metallic effects can not be produced by means of such an IMC technique, if a metallic finish is desired, the outer module is still entitled to a subsequent painting process undergo.

Das SMC-Direktverfahren umfasst dabei die Schritte des Mischens von Matrixkomponenten mit Verstärkungsfasern, des Pressens und Portionierens der Faser-Matrixmasse zu dem SMC-Sheet, sowie der Durchführung einer beschleunigten Reifung des SMC-Sheets, indem es einer Mikrowellenbehandlung unterzogen wird. Durch die Eliminierung der ansonsten bei SMC-Halbzeugen üblichen mehrtägigen Reifezeit kann die Verarbeitungszeit der Rohstoffe zur fertigen Außenschale auf wenige Minuten reduziert werden. Ferner kann eine Variation jeder einzelnen Rezepturkomponenten, auch der Füllstoffe und Verstärkungsfasern, während des laufenden Prozesses realisiert werden. Neben der Reduzierung von Zykluszeiten und Kosten, lässt sich so ein Maximum an Flexibilität während der Bauteilfertigung erreichen.The SMC direct process includes the steps of mixing matrix components with reinforcing fibers, pressing and portioning the fiber matrix mass to the SMC sheet, and performing an accelerated aging of the SMC sheet by subjecting it to microwave treatment. By eliminating the otherwise lasting several days of maturation of SMC semi-finished products, the processing time of the raw materials to the finished outer shell can be reduced to a few minutes. Furthermore, a variation of each individual formulation component, including the fillers and reinforcing fibers, can be realized during the ongoing process. In addition to the reduction of cycle times and costs, a maximum of flexibility during component production can be achieved.

Zur Erzeugung des Strukturkerns kann ein Schaummaterial in den Hohlraum eingebracht werden, dabei kann es sich beispielsweise um eine Wabenstruktur oder eine zellulare Schaumstruktur aus einem spritzgegossenen Polyamid handeln, vorzugsweise jedoch kann das Einbringen des Schaummaterials durch Injizieren eines schäumbaren Polymermaterials in den Hohlraum erfolgen. Dazu sind physikalisch oder chemisch aufschäumbare Polyurethane geeignet.To create the structural core, a foam material may be introduced into the cavity, which may be, for example, a honeycomb structure or a cellular foam structure of injection molded polyamide, but preferably the introduction of the foam material may be accomplished by injecting a foamable polymer material into the cavity. For this purpose, physically or chemically foamable polyurethanes are suitable.

Sämtliche Wege zwischen den einzelnen Werkzeugen können automatisiert überbrückt werden, so dass das SMC-Sheet nach dem SMC-Direktverfahren mittels einer Greifereinrichtung zum Fließpressen überführt wird. Entsprechend kann auch das thermoplastische Endlosfaserhalbzeug mittels einer Greifereinrichtung zu einem Form- und Spritzgießwerkzeug verbracht werden. Die gebildeten SMC-Außenschale und Innenschale können ebenfalls mittels Greifereinrichtungen zu dem Werkzeug überführt werden, in dem das Erzeugen des Strukturkerns stattfindet.All paths between the individual tools can be bridged automatically, so that the SMC sheet is transferred by the SMC direct method by means of a gripper device for extrusion. Accordingly, the thermoplastic continuous fiber semi-finished product can be spent by means of a gripper device to a molding and injection mold. The formed SMC Outer shell and inner shell can also be transferred by means of gripping means to the tool, in which the production of the structural core takes place.

Bei diesem Werkzeug kann es sich vorteilhaft um ein Würfelwerkzeug mit zwei Schließebenen handeln, wobei in einer ersten Schließebene der Strukturkern, insbesondere durch Injizieren des schäumbaren Materials und damit das Rohaußenmodul erzeugt wird und in einer zweiten Schließebene gleichzeitig das Heißpressen eines in einem vorangehenden Schließzyklus erzeugten Rohaußenmoduls erfolgt. So können kurze Zykluszeiten und große Stückzahlen realisiert werden.This tool can advantageously be a cube tool with two closing planes, wherein in a first closing plane of the structural core, in particular by injecting the foamable material and thus the Rohaußenmodul is generated and in a second closing level simultaneously the hot pressing a Rohaussenmoduls generated in a previous closing cycle he follows. This allows short cycle times and large quantities to be realized.

Bei Verwendung eines solchen Würfelwerkzeugs kann das Überfluten vor dem Injizieren des schäumbaren Materials in der ersten Schließebene des Werkzeugs oder nach dem Injizieren des schäumbaren Materials in der zweiten Schließebene des Werkzeugs erfolgen. Alternativ kann das Überfluten vor dem Injizieren des schäumbaren Materials in einem anderen Werkzeug durchgeführt werden.When using such a die tool, the flooding may occur prior to injecting the foamable material in the first sealing plane of the tool or after injecting the foamable material in the second sealing plane of the tool. Alternatively, the flooding may be performed prior to injecting the foamable material into another tool.

Beim Einlegen in das Werkzeug kann zumindest die SMC-Außenschale durch eine Einrichtung zur Unterdruckerzeugung gehalten werden. Ferner kann zumindest eine Werkzeugoberfläche des Werkzeugs, die das Heißpressen ausführt, induktiv variotherm, insbesondere mit einer Stickstoffkühlung, temperiert werden.When inserting into the tool, at least the SMC outer shell can be held by a device for generating negative pressure. Furthermore, at least one tool surface of the tool, which performs the hot pressing, can be tempered inductively variothermally, in particular with a nitrogen cooling.

Eine erfindungsgemäße modular aufgebaute Gehäusekomponente besteht aus einem Außenmodul, das eine Außenbeplankung für die Gehäusekomponente bildet, und aus einem mit dem Außenmodul verbundenen Innenmodul. Bei der modular aufgebauten Gehäusekomponente kann es sich um eine modular aufgebaute Tür oder ein Verkleidungsbauteil eines Kraftfahrzeugs oder auch eines anderen Gerätes, insbesondere eines Haushaltsgerätes handeln.A modular housing component according to the invention consists of an outer module, which forms an outer panel for the housing component, and of an inner module connected to the outer module. In the modular housing component may be a modular door or a trim component of a motor vehicle or other device, in particular a household appliance.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures.

Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Ansicht einer modular aufgebauten Fahrzeugtür mit Außenmodul, Innenmodul und Innenverkleidung, 1 a perspective view of a modular vehicle door with exterior module, interior module and interior trim,

2 eine Innenansicht eines Außenmoduls nach Stand der Technik, 2 an interior view of an outer module according to the prior art,

3 schematische Seitenschnittansichten durch zwei Fahrzeugtüren aus verbundenen Außen- und Innenmodulen, 3 schematic side sectional views through two vehicle doors of connected outer and inner modules,

4 eine Teilquerschnittansicht durch ein Außenmodul, 4 a partial cross-sectional view through an outdoor module,

5 eine schematische Querschnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Schichtaufbau des Außenmoduls, 5 a schematic cross-sectional view through a layer structure of the outer module according to the invention,

6 eine perspektivische Innenansicht des Außenmoduls, 6 an interior perspective view of the outer module,

7 eine schematische Querschnittansicht durch eine Fahrzeugtür aus verbundenem Außen- und Innenmodul, 7 a schematic cross-sectional view through a vehicle door from the connected outer and inner module,

8 ein Prozessschema zur Herstellung von SMC im Direktverarbeitungsverfahren, 8th a process diagram for the production of SMC in the direct processing method,

9 schematisch ondulationsfreie und ondulierte Endlosfasern im Vergleich, 9 schematically ondulationfreie and undulating continuous fibers in comparison,

10 ein Ablaufschema der Prozessschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. 10 a flow chart of the process steps of a manufacturing method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Außenmoduls für eine modular aufgebaute Gehäusekomponente wie beispielsweise eine tragende Karosserie-Außenbeplankung. Eine erfindungsgemäße Karosserie-Außenbeplankung bezieht sich insbesondere auf modular aufgebaute Fahrer-, Beifahrer-, hintere Seiten- und/oder Hecktüren, Dachelemente, Stoßfänger, Kotflügel, Heckklappen, Motorhauben, Motorverkleidungen Kompressor-/Aggregatabdeckungen; des weiteren sind die erfindungsgemäßen Außenmodule generell für modular aufgebaute Gehäuse geeignet, etwa für Haushaltsgeräte wie Staubsauger.The present invention relates to the manufacture of an outer module for a modular housing component such as a supporting body outer panel. An exterior body panel according to the invention particularly relates to modular driver, passenger, rear side and / or rear doors, roof panels, bumpers, fenders, tailgates, engine hoods, engine covers, compressor / engine covers; Furthermore, the outdoor modules of the invention are generally suitable for modular housing, such as household appliances such as vacuum cleaners.

Das hierzu beschriebene Außenmodul, beispielhaft in den Figuren ein Fahrzeugtür-Außenmodul 1, hat einen mehrschichtigen Aufbau aus thermo- und duroplastischen FVK-Deckschichten, Versteifungselementen, die entweder auf die innere FVK-Deckschicht als Rippen angespritzt oder direkt in diese als Sicken eingebracht werden können, aus einer Kernstruktur und einer im Werkzeug vorgenommenen Oberflächenvorbereitung für eine offene Class-A oder Flächenlackierung des für die duroplastische FVK-Deckschicht verwendeten SMC-Sheets. Die thermoplastische FVK-Deckschicht wird aus einem Organoblech gebildet.The outer module described for this purpose, by way of example in the figures, a vehicle door exterior module 1 , has a multi-layered construction of thermoplastic and thermosetting FRP cover layers, stiffening elements that can either be molded onto the inner FRP cover layer as ribs or introduced directly into it as corrugations, from a core structure and a tool-made surface preparation for an open class A or surface coating of the used for the thermosetting FRP cover layer SMC sheets. The thermoplastic FRP cover layer is formed from an organic sheet.

Mit „SMC-Sheet” wird hier ein Faser-Matrix-Halbzeug aus einer plattenförmigen teigartigen Pressmasse bezeichnet, die duroplastische Reaktionsharze und Verstärkungsfasern umfasst, die meist in Mattenform, seltener in Gewebeform mit typischen Faserlängen von 25 bis 50 mm vorliegen. Ferner enthalten SMC-Pressmassen Zusätze zur Reduktion des Schrumpfes, etwa Polyethylen, Styrol und/oder weitere thermoplastische Bestandteile. Neben Reaktionsharz, Verstärkungsfasern und den Zusätzen zur Schwundreduktion enthalten SMC-Massen üblicherweise Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, und können ferner weitere Zusätze wie Reaktionsbeschleuniger, Inhibitoren, Trennmittel, Farbpasten, Flammschutzmittel etc. enthalten. Die SMC-Masse wird in Folienform gepresst und kann dann zugeschnitten und durch Fließpressen weiterverarbeitet werden. Dabei können bereits Befestigungselemente in die Pressform eingelegt werden. Dies macht SMC besonders wirtschaftlich. Die Füllstoffe dienen zur Gewichts- und Kostenreduktion. Vorteilhaft können mit einem SMC-Halbzeug, das entsprechende Additive zur Schwundreduktion umfasst, um einen Schrumpf kleiner –0,05% zu erzielen, Class-A-Oberflächen erzeugt werden.The term "SMC sheet" here refers to a fiber-matrix semifinished product from a plate-like dough-like molding compound which comprises thermosetting reaction resins and reinforcing fibers, which are usually in matt form, more rarely in fabric form with typical fiber lengths of 25 to 50 mm. In addition, SMC molding compositions contain additives for reducing the shrinkage, such as polyethylene, styrene and / or other thermoplastic constituents. In addition to reaction resin, reinforcing fibers and the additives for shrinkage reduction, SMC compositions usually contain fillers, in particular mineral fillers, and may also contain other additives such as reaction accelerators, inhibitors, release agents, color pastes, flame retardants, etc. The SMC compound is pressed in foil form and can then be cut to size and further processed by extrusion. In this case, fastening elements can already be inserted into the mold. This makes SMC particularly economical. The fillers serve to reduce weight and costs. Advantageously, with a SMC semi-finished product comprising appropriate shrinkage reduction additives to achieve a shrinkage of less than -0.05%, Class A surfaces can be produced.

Unter „Organoblechen” werden plattenförmige endlosfaserverstärkte Thermoplasthalbzeuge verstanden, die für Bauteile mit hohen Festigkeiten und geringem Gewicht eingesetzt werden. Organobleche lassen sich thermoformen und ermöglichen kurze Prozesszyklen und sind außerdem gut schweißbar. Erhältliche Organobleche beispielsweise der Firma TPone, Zeesen, Deutschland, weisen als Verstärkungsfasern Glas-, Kohle- und Aramidfasern auf, als Matrixsysteme werden dort PA6, PA12, PPS, PEEK, PET, PBT, HDPE angeboten.The term "organic sheet" is understood to mean plate-shaped continuous fiber reinforced thermoplastic pulleys used for components with high strength and low weight. Organic sheets can be thermoformed and enable short process cycles and are also easy to weld. Available organic sheets, for example from TPone, Zeesen, Germany, have glass, carbon and aramid fibers as reinforcing fibers, PA6, PA12, PPS, PEEK, PET, PBT, HDPE are offered as matrix systems there.

Organobleche können dabei aus speziellen Faseranordnungen, die Fasern in definierten Orientierungen aufweisen, eingebettet in der Thermoplastmatrix bestehen. So kann es sich bei den Faseranordnungen um Gewebe, Gelege, Gestricke etc. handeln. Neben den genannten Verstärkungsfasern und Matrixsystemen kommen selbstverständlich auch alle anderen gängigen Verstärkungsfasertypen, z. B. Keramikfaser, Metallfasern, Naturfasern und andere Polymerfasern in Frage; auch können verschiedenartige Verstärkungsfasern in einer Faseranordnung kombiniert sein. Die genannten Matrixsysteme sind nur beispielhaft und in keiner Weise beschränkend zu verstehen.Organic sheets may consist of special fiber arrangements having fibers in defined orientations embedded in the thermoplastic matrix. For example, the fiber arrangements can be fabrics, scrims, knits, etc. In addition to the mentioned reinforcing fibers and matrix systems, of course, all other common types of reinforcing fibers, for. As ceramic fiber, metal fibers, natural fibers and other polymer fibers in question; Also, various reinforcing fibers may be combined in a fiber array. The matrix systems mentioned are to be understood as exemplary only and in no way limiting.

So kann das zur Bildung einer Deckschicht verwendete Organoblech Aramidfasern und ein Netz aus Stahlfasern in der Thermoplastmatrix aufweisen.Thus, the organic sheet used to form a cover layer may comprise aramid fibers and a network of steel fibers in the thermoplastic matrix.

Die zwischen den Deckschichten vorgesehene Kernstruktur kann eine zellulare Struktur aus einem Polyurethan-Schaum, aus einem schaumspritzgegossenen Polyamid oder eine Wabenstruktur haben.The core structure provided between the cover layers may have a cellular structure of a polyurethane foam, a foam injection-molded polyamide or a honeycomb structure.

Bei der im Werkzeug vorgenommenen Oberflächenvorbereitung handelt es sich um ein Heißpressen und Überfluten des SMC-Sheets, um eine lackierfähige Class A-Oberfläche der Außenmoduldeckschicht zu erhalten.The surface preparation performed in the tool is a hot pressing and flooding of the SMC sheet to obtain a coatable Class A surface of the outer module topcoat.

Der Aufbau des Außenmoduls aus thermo- und duroplastischen Deckschichten mit Strukturkern und Versteifungselementen ermöglicht wegen der hohen Designfreiheit und Funktionsintegration beispielsweise die Anpassung der crashbeaufschlagten Beplankung auf das Fahrzeugkonzept durch die Konfiguration der Materialien, Halbzeuge und Geometrien. Die Beplankung kann so als tragendes Bauteil optimal in ein modulares Karosserieelement integriert werden; dieses kann wie 1 zeigt, eine Fahrzeugtür sein und aus einer Innenverkleidung 3, einem Außenmodul 1 (Beplankungsmodul) und einem Innenmodul 2 (Türträger) aufgebaut sein. Der Türträger 2 nimmt hierbei zusätzlich zu dem Außenmodul 1 und der Innenverkleidung 3 Funktionsaggregate, beispielsweise Fensterheber, Lautsprecher, etc. auf.The structure of the outer module made of thermoplastic and thermosetting cover layers with structural core and stiffening elements allows, for example, the adaptation of the crashbeaufschlagten planking on the vehicle concept by the configuration of materials, semi-finished products and geometries due to the high degree of design freedom and functional integration. The planking can be optimally integrated as a load-bearing component in a modular body element; this can be like 1 shows to be a vehicle door and an interior trim 3 , an outdoor module 1 (Planking module) and an indoor module 2 (Door carrier) be constructed. The door carrier 2 takes in addition to the outdoor module 1 and the interior trim 3 Functional units, such as windows, speakers, etc. on.

Das Außenmodul 1 bzw. die Beplankung wird durch ihren Aufbau akustischen und optischen Anforderungen hinsichtlich einer Class A-Oberfläche und der Gestaltungsfreiheit gerecht. Die Sandwichbauweise der Beplankung trägt zudem wesentlich zu der im Zuge der Elektromobilität an Bedeutung gewinnenden thermischen Isolierung und Gewichtsreduzierung bei. Ferner bietet der Aufbau hervorragende NVH-Eigenschaften, wobei mit NVH (Noise, Vibration, Harshness) die als Geräusch hörbaren und/oder als Vibration spürbaren Schwingungen in Kraftfahrzeugen bezeichnet werden.The outdoor module 1 or the planking is due to its structure acoustic and optical requirements in terms of a Class A surface and the freedom of design. The sandwich construction of the planking also contributes significantly to the importance of thermal insulation and weight reduction in the course of electromobility. Furthermore, the structure offers excellent NVH characteristics, with NVH (Noise, Vibration, Harshness) which are referred to as vibration audible and / or vibration in motor vehicles.

Da sich bei einem Seitenaufprall und Seitencrash (z. B. Seitenaufprall nach Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS, 214) die Beplankung als erstes Fahrzeugelement in Kontakt mit dem Impact-Körper befindet, bietet die erfindungsgemäße tragende Außenbeplankung 1 als energieabsorbierendes Element eine Verbesserung der Crashperformance.Since in a side impact and side crash (eg, Federal Motor Vehicle Safety Standard Side Impact, FMVSS, 214), the planking as the first vehicle element is in contact with the impact body, the bearing outer panel of the present invention provides 1 as an energy absorbing element an improvement of the crash performance.

Während 1 einen modularen Aufbau einer Kraftfahrzeugtür mit einem Innenmodul 2, einem Außenmodul 1 mit Beplankung 1' und einem Türinnenbelag 3 zeigt, ist in 2 ein Außenmodul 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Da im Stand der Technik der Türinnenbelag 3 und die Beplankung 1' in erster Linie kaum strukturelle Aufgaben erfüllen, dienen in den meisten Fällen ausschließlich die Verstärkungsbereiche des Innenmoduls und des Türrahmes 2' als Teil des Außenmoduls 1 als Crashstrukturen. Diese crashrelevanten Strukturen werden durch einen in etwa diagonal verlaufenden Seitenaufprallschutz 3' verstärkt. Zur Erhöhung der Beulsteifigkeit der Außenbeplankung 1' weist das Außenmodul hier zusätzlich ein Versteifungselement 4' auf.While 1 a modular structure of a motor vehicle door with an indoor module 2 , an outdoor module 1 with planking 1' and a door lining 3 shows is in 2 an outdoor module 1 represented according to the prior art. As in the prior art, the door inner lining 3 and the planking 1' in the first place hardly perform any structural tasks, in most cases serve exclusively the reinforcement areas of the inner module and the Türrahmes 2 ' as part of the exterior module 1 as crash structures. These crash-relevant structures are protected by an approximately diagonal side impact protection 3 ' strengthened. To increase the dent resistance of the outer skin 1' the outdoor module here additionally has a stiffening element 4 ' on.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Beplankungsmodul 1 kann als tragende Struktur in die Fahrzeugkarosserie integriert werden.The planking module which can be produced by the method according to the invention 1 Can be integrated as a load-bearing structure in the vehicle body.

Das offenbarte Herstellungsverfahren reduziert sowohl die Investitions- als auch die Herstellkosten, da mit der verwendeten Etagentechnologie bzw. Wendeplattentechnik das Entkoppeln der im Werkzeug befindlichen Bauteilanzahl von der Zuhaltekraft ermöglicht wird, es besteht kein linearer Verlauf. Ferner garantiert das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren geringe Maßtoleranzen und ermöglicht durch den Einsatz eines thermoplastischen Matrixsystems kurze Zykluszeiten. Die Lackierung erfolgt in einem separaten, nachträglichen Arbeitsschritt, so dass auch Metallic-Effekte realisierbar sind.The disclosed manufacturing method reduces both the investment and the manufacturing costs, since the decoupling of the number of components in the tool from the clamping force is made possible with the floor technology used or reversing plate technology, there is no linear course. Furthermore, the manufacturing method according to the invention guarantees small dimensional tolerances and enables short cycle times by using a thermoplastic matrix system. The painting is done in a separate, subsequent step, so that metallic effects are feasible.

Die Herstellung des Außenmoduls 1 mit der FVK-Sandwichstruktur erfolgt in einer Anlage 20 mit zwei Schließebenen I, II wie in 10 dargestellt. Um die Taktzeiten, Investitionskosten und darüber hinaus die Maßtoleranzen gering zu halten, verbindet ein Werkzeugwürfel/eine Wendeplatte 21 die beiden Bearbeitungsstationen I, II miteinander. Da Metallic-Lackierungen nicht in geschlossenen Werkzeugen beispielsweise durch In-Mould-Coating aufgetragen werden können, ist eine Offline-Lackierung außerhalb des Werkzeugs 20 unumgänglich. Diese erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsprozess.The production of the outdoor module 1 with the FRP sandwich structure takes place in a plant 20 with two closing levels I, II as in 10 shown. In order to keep the cycle times, investment costs and beyond the dimensional tolerances low, a tool cube / insert combines 21 the two processing stations I, II with each other. Since metallic coatings can not be applied in closed molds, for example by in-mold coating, offline painting is outside the mold 20 unavoidable. This takes place according to the production process according to the invention.

Der Sandwichaufbau des Außenmoduls 1 kombiniert dabei eine hohe gewichtsspezifische Steifigkeit sowohl beim Crash als auch im Schwingungsverhalten mit einer guten thermischen und akustischen Isolation. Im Zuge der Elektromobilität spielen diese Aspekte zur Erhöhung der Reichweite, des Fahrkomforts und der Kostenreduzierung eine Schlüsselrolle. Zudem isoliert der aufgeführte Lagenaufbau den Innenraum zusätzlich, indem die Schallabstrahlung der großflächigen Beplankung durch die hohe Steifigkeit verringert wird und die Umgebungsgeräusche durch den Schaumkern absorbiert werden.The sandwich construction of the outer module 1 combines a high weight-specific stiffness in both crash and vibration behavior with good thermal and acoustic insulation. Electromobility plays a key role in increasing range, ride comfort and cost reduction. In addition, the listed layer structure additionally isolates the interior by reducing the sound radiation of the large-area planking due to the high rigidity and absorbing the ambient noise through the foam core.

Das erfindungsgemäße Außenmodul 1 eignet sich besonders für den Einsatz in modular aufgebauten Karosserieelementen, diese können entsprechend der in 1 gezeigten Kraftfahrzeugtür aufgebaut sein. Der Aufbau und die Anzahl der Einzelkomponenten im Karosserieelement können dabei entsprechend dem Anforderungsprofil variieren. Durch das einfache Handling und die schnelle Montage des erfindungsgemäßen Beplankungsmoduls 1 werden ferner die Herstellungskosten für das Karosserieelement deutlich reduziert. Das Beplankungsmodul 1 ragt im montierten Zustand über die Kontur des Trägermoduls 2 hinaus, um die Trennebene zwischen diesen zu verdecken. In dieser Trennebene kann, wie in 3 dargestellt, zur Montage des Beplankungsmoduls 1 an den Träger 2 eine umlaufende Klebeverbindung 9 in den Randbereichen aufgetragen sein, etwa mit einem Sikaflex®-Klebstoff, Sika Deutschland GmbH, Stuttgart. Diese Klebeverbindung 9 kann bei einer nötigen Reparatur der innen liegenden Aggregate entfernt werden. Um die Beplankung 1 nach der Reparatur wieder an den Träger 2 zu fügen kann erneut ein Kleberand 9 aufgetragen werden.The outdoor module according to the invention 1 is particularly suitable for use in modular body elements, these can according to the in 1 be constructed shown motor vehicle door. The structure and the number of individual components in the body element can vary according to the requirement profile. Due to the simple handling and the quick installation of the planking module according to the invention 1 Furthermore, the manufacturing cost of the body member are significantly reduced. The planking module 1 protrudes in the mounted state over the contour of the carrier module 2 out to cover the dividing plane between them. In this parting line, as in 3 shown, for mounting the planking module 1 to the carrier 2 a circumferential adhesive bond 9 be applied in the edge regions, such as with a Sikaflex ® adhesive, Sika Germany GmbH, Stuttgart. This adhesive connection 9 can be removed with a necessary repair of the internal units. To the planking 1 after repair again to the carrier 2 to add again an adhesive edge 9 be applied.

Die von der SMC-Deckschicht 4a gebildete äußere Halbschale 4a stellt die Beplankung 1' des Außenmoduls 1 bereit, während aus dem Organoblech die innere Halbschale 4b gebildet wird, die die Versteifungselemente wie Verstärkungsrippen 7 aufweist.The one from the SMC topcoat 4a formed outer half shell 4a represents the planking 1' of the outdoor module 1 ready, while from the organic sheet the inner half-shell 4b is formed, which the stiffening elements such as reinforcing ribs 7 having.

Wegen der guten Formbarkeit des Organoblechs im warmen Zustand und der Gestaltunabhängigkeit der inneren Deckschicht 4b bei Sandwichbauteilen und der mittels Fließpressen aus dem SMC-Sheet herstellbaren äußeren Deckschicht 4a kann eine hohe Designfreiheit garantiert werden und der Übergangsbereich zwischen Beplankungsmodul 1 und Träger 2 in unterschiedlicher Weise ausgestaltet werden. So kann die innere Deckschicht 4b der Beplankung 1 als eine Art Einschub 2b in den Türträger 2 eingeschoben werden (3, links), wobei die Klebung 9 im Randbereich erfolgt. Alternativ dazu kann auch eine Verschweißung im Spritzgießwerkzeug über Heizpatronen erfolgen.Because of the good formability of the organic sheet in the warm state and the shape independence of the inner cover layer 4b in the case of sandwich components and the outer cover layer which can be produced by extrusion from the SMC sheet 4a a high design freedom can be guaranteed and the transition area between the planking module 1 and carriers 2 be designed in different ways. So can the inner cover layer 4b the planking 1 as a kind of inset 2 B in the door carrier 2 be inserted ( 3 , left), with the bond 9 done in the border area. Alternatively, a weld in the injection mold on heating cartridges done.

Die Einleitung der durch das Beplankungsmodul 1 aufgenommenen Kraft in den Türträger 2 kann zudem durch ein Nut- und Federprinzip 9', 9'' verbessert werden (3, rechts), wobei hier die innere Deckschicht 4b der Beplankung 1 im Randbereich als Feder 9' ausgebildet ist, die in eine korrespondierende Nut 9'' im Randbereich des Innenmoduls 2 eingreift. Die umlaufende Klebstoffverbindung 9 kann dabei in die Nut-Feder-Verbindung integriert sein, wobei zur Montage der Klebstoff 9 in die Nut 9'' oder auf die Feder 9' aufgetragen werden kann.The introduction of the through the planking module 1 absorbed power in the door carrier 2 can also by a tongue and groove principle 9 ' . 9 '' be improved ( 3 , right), where here the inner cover layer 4b the planking 1 in the edge area as a spring 9 ' is formed, which in a corresponding groove 9 '' in the edge area of the interior module 2 intervenes. The circulating adhesive connection 9 can be integrated into the tongue and groove connection, wherein for mounting the adhesive 9 in the groove 9 '' or on the spring 9 ' can be applied.

In 4 und 5 ist der Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Außenmoduls 1, das als Faserverbundwerkstoff-Sandwichbauteil vorliegt, gezeigt. Dieser besteht aus zwei Deckschichten 4a und 4b, wobei für die äußere Deckschicht 4a ein SMC-Sheet eingesetzt wird und die innere Deckschicht 4b aus einem crashbelastbaren Organoblech besteht, das beispielsweise aus in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebetteten Kohlenstofffasern, Stahlfäden und Aramidfasern besteht. Ferner umfasst der Merhschichtaufbau des Außenmoduls 1 einen Strukturkern 5, z. B. aus einem Polyurethan- oder Polyamidschaum, eine Außenhaut 6, die etwa durch Überfluten mit einem Polyurethan-Lack erhalten wird, und Versteifungsrippen 7 oder Sicken mit lokal ausgeschäumten Zwischenräumen 8 und der bereits erwähnten Klebeverbindung 9, bei der es sich auch um einen Primer handeln kann.In 4 and 5 is the layer structure of an outer module according to the invention 1 , which is present as a fiber composite sandwich component shown. This consists of two cover layers 4a and 4b , wherein for the outer cover layer 4a a SMC sheet is used and the inner cover layer 4b consists of a crash-resistant organic sheet, for example, embedded in a thermoplastic resin matrix Carbon fibers, steel threads and aramid fibers consists. Furthermore, the merh layer structure of the outer module comprises 1 a structural core 5 , z. B. of a polyurethane or polyamide foam, an outer skin 6 which is obtained, for example, by flooding with a polyurethane varnish, and stiffening ribs 7 or beads with locally foamed spaces 8th and the already mentioned adhesive bond 9 , which may also be a primer.

In dem in 4 gezeigten Beispiel kann der zwischen den Deckschichten 4a und 4b gesandwichte Schaumkern 5 von einer maximalen Dicke von beispielsweise 15 mm auf 5 mm abnehmen, wobei im Randbereich gar kein Schaumkernmaterial zwischen den Deckschichten 4a, 4b vorliegt. Die äußere Deckschicht 4a ist hier aus einem SMC-Sheet gebildet, auf dem die die Außenhaut 6 bildende Lackschicht aufgetragen ist. Das Organoblech für die innere Deckschicht 4b ist hier 1,2 mm dick.In the in 4 The example shown may be that between the cover layers 4a and 4b sandwiched foam core 5 from a maximum thickness of, for example, 15 mm to 5 mm, with no foam core material between the cover layers in the edge region 4a . 4b is present. The outer cover layer 4a is here formed from a SMC sheet on which the outer skin 6 forming paint layer is applied. The organic sheet for the inner cover layer 4b here is 1.2 mm thick.

Je nach mechanischen, optischen und akustischen Anforderungen kann der beschriebene Schichtaufbau des Beplankungsmoduls variieren. So kann z. B. die Dichte des Schaumkerns 5 variiert werden oder der Kern 5 kann komplett entfallen (z. B. für Radkästen).Depending on the mechanical, optical and acoustic requirements, the described layer structure of the planking module can vary. So z. B. the density of the foam core 5 be varied or the core 5 can be completely eliminated (eg for wheel arches).

Die Versteifungselemente auf dem inneren Organoblech 4b in Form von Sicken 10 und Rippen 7 (siehe 6) können den Sandwichaufbau zusätzlich versteifen. Auch das Ausformen von z. B. welligen Bereichen 11, skizziert in 7, und der Einsatz eines flexiblen Klebers 9 sind Möglichkeiten, um im Crashfall eine gewisse Nachgiebigkeit zu erzielen (nötig für die Kraftaufnahme über den gesamten Eindrückweg von ca. 445 mm beim Türeindrückwiderstand-Test FMVSS 214) und die Strukturintegrität zu erhalten, ohne dabei die Designfreiheit der Außenhaut 1' negativ zu beeinflussen. Im Falle eines Seitencrashs ermöglicht die tragende Beplankung im Gegensatz zu herkömmlichen Seitenaufprallschutzelementen (diese leiten die Kraft punktuell in die Seitenwände) die flächige Kraftweitergabe über das innere Modul, das Türträgermodul 2 an die Seitenwände (A/B/C-Säulen). Die welligen Bereiche 11, die eine geeignete Deformationsstrukturgeometrie aufweisen, stellen verformungsfähige Bereiche dar, die in das Außenmodul 1 integriert sind.The stiffening elements on the inner organo sheet 4b in the form of beads 10 and ribs 7 (please refer 6 ) can additionally stiffen the sandwich structure. The shaping of z. B. wavy areas 11 , sketched in 7 , and the use of a flexible adhesive 9 are possibilities to achieve a certain compliance in the event of a crash (necessary for the force absorption over the entire Eindrückweg of about 445 mm in the door resistance test FMVSS 214) and to maintain the structural integrity, without sacrificing the design freedom of the outer skin 1' to influence negatively. In the event of a side crash, the load-bearing paneling, in contrast to conventional side impact protection elements (which direct the force selectively into the side walls), enables the surface force transmission via the inner module, the door carrier module 2 to the side walls (A / B / C columns). The wavy areas 11 , which have a suitable deformation structure geometry, represent deformable areas that in the outer module 1 are integrated.

Eine weitere Schlüsselstelle bei großflächigen Kunststoffteilen ist die Einstellung der Wärmeausdehnung und des damit zusammenhängenden Spaltmaßes. Das anisotrope Verhalten von Faserverbundwerkstoffen kann bei der vorliegenden Beplankung 1 konstruktiv durch geeignete Werkstoffkombinationen und entsprechende Lagenaufbauten ausgeglichen und so geringe Toleranzen ungehalten werden.Another key issue in large plastic parts is the adjustment of thermal expansion and the associated gap size. The anisotropic behavior of fiber composites may be present in the present planking 1 be balanced constructively by suitable material combinations and corresponding ply structures and so small tolerances are annoyed.

Um das SMC-Sheet mit Class-A-Oberflächenqualität zur Bildung der Außenschale 4a des Außenmoduls 1 herzustellen, eignet sich beispielsweise das in 8 dargestellte Direktverfahren für SMC (D-SMC), das eine kontinuierliche Herstellung von SMC-Compounds mit direkt anschließender Verarbeitung zum Bauteil im Fließpressverfahren ermöglicht. Dabei werden zunächst in einer Mischeinheit 43 die flüssigen Komponenten 44 und die Füllstoffe 45 vermengt, ehe die Verstärkungsfasern in der Schnittfaserdosierung 42 zugemischt werden. Die so erhaltene SMC-Masse wird in Platten geformt und entsprechend der vorgesehenen Verwendung für die Außenschale 4a mittels eines Schneidvorrichtung 41 portioniert, ehe sie in der Mikrowellen-Reifeeinheit 40 einer beschleunigten Reifung unterzogen wird, so dass das erhaltene SMC-Sheet mittels einer geeigneten Greifereinrichtung 30 in das Fließpresswerkzeug 50 überführt werden kann, das das SMC-Sheet zu der Außenschale 4a presst. Durch diesen einstufigen Prozess wird die mehrtägige Reifezeit eliminiert und damit die Verarbeitungszeit der Rohstoffe zur fertigen Außenschale 4a auf wenige Minuten reduziert. Durch den Wegfall des Halbzeugzwischenschritts kann gleichzeitig eine Variation jeder einzelnen Rezepturkomponente, auch der Füllstoffe und Verstärkungsfasern, während des laufenden Prozesses realisiert werden. Neben der Reduzierung von Zykluszeiten und Kosten, lässt sich so ein Maximum an Flexibilität während der Bauteilfertigung erreichen. 9 zeigt den unterschiedlichen Faseraufbau einer ondulationsfreien Wirrfaser, wie sie im SMC-Sheet vorliegen, deren Einzelfasern oder Faserbündel keine bevorzugte Ausrichtung haben, gegenüber einem ondulierten Gewebe, wie es für das Organoblech verwendet werden kann.Around the SMC sheet with Class A surface quality to form the outer shell 4a of the outdoor module 1 For example, the in 8th presented direct method for SMC (D-SMC), which enables continuous production of SMC compounds with direct subsequent processing to the component in the extrusion molding process. First, in a mixing unit 43 the liquid components 44 and the fillers 45 blended before the reinforcing fibers in the Schnittfaserdosierung 42 be mixed. The SMC mass thus obtained is formed into plates and according to the intended use for the outer shell 4a by means of a cutting device 41 portioned before they are in the microwave maturing unit 40 subjected to accelerated aging, so that the obtained SMC sheet by means of a suitable gripper device 30 in the extrusion tool 50 The SMC sheet can be transferred to the outer shell 4a pressed. This one-step process eliminates the need for several days of ripening and thus the processing time of the raw materials to the finished outer shell 4a reduced to a few minutes. By eliminating the intermediary intermediate step, a variation of each individual formulation component, including the fillers and reinforcing fibers, can be realized simultaneously during the ongoing process. In addition to the reduction of cycle times and costs, a maximum of flexibility during component production can be achieved. 9 Fig. 2 shows the different fiber structure of a non-tangled random fiber, as present in the SMC sheet, whose individual fibers or fiber bundles have no preferential orientation, compared to an undulating fabric, as it can be used for the organic sheet.

10 veranschaulicht die Herstellung des Außenmoduls 1 mit der SMC/Organboblech-Sandwichstruktur in einem Würfel-Werkzeug 20. Hier wird in der Schließebene I auf der Stempelseite 21 des Werkzeugwürfels 20 die bereits fertig geformte und mit den Versteifungselementen hinterspritzte innere Halbschale 4b mittels Greifer 30 und einer Lineareinheit 30 eingelegt. Die äußere SMC-Halbschale 4a wird in ihrer endgültigen Form ebenfalls mittels Greifer 30 und einer Lineareinheit 30' in die Matrizenseite 22 der Schießebene I des Werkzeuges 20 eingelegt. In der Schließebene I findet das Ausschäumen des Zwischenraums zwischen den Halbschalen 4a, 4b statt. Die Stempelseite befindet sich in dem Werkzeugwürfel 21 und die Matrizenseite, die spätere die Beplankung 1' des Außenmoduls 1 durch Überfluten mit einem PUR-Lack zur Bildung der Außenhaut 6 ausbildet, auf der Schließseite 22. Das Überfluten der Außenschale 4a vor dem Ausschäumen kann in der Schließebene I des Würfelwerkzeugs 20 oder in einem anderen Werkzeug erfolgen. Das zur Außenschale 4a geformte SMC-Sheet wird konturnah in die Matrize der Schließseite 22 eingelegt, dort mittels Vakuumsauger 26 in seiner Lage fixiert. Nach Schließen des Werkzeugs 20 wird der zwischen der Außenschale 4a und der Innenschale 4b gebildete Hohlraum ausgeschäumt und so ein Rohaußenmodul 1'' aus Innenschale 4b, Strukturkern 5 und Außenschale 4a (und gegebenenfalls der Außenhaut 6) erhalten. In der Schließebene II befindet sich auf der Stempelseite 21 ein bereits in einem vorherigen Zyklus ausgeschäumtes Rohaußenmodul 1''. Alternativ zu dem Überfluten der Außenschale 4a vor dem Ausschäumen in Schließebene I kann auch nach dem Ausschäumen die Außenschale 4a des Rohaußenmoduls 1'' in der Schließebene II überflutet werden. 10 illustrates the manufacture of the outer module 1 with the SMC / Organboblech sandwich structure in a cube tool 20 , Here is the closing level I on the stamp page 21 of the tool cube 20 the already finished and with the stiffening elements injected inside half shell 4b by means of gripper 30 and a linear unit 30 inserted. The outer SMC half shell 4a is also in its final form by means of gripper 30 and a linear unit 30 ' into the die side 22 the shooting level I of the tool 20 inserted. In the closing level I is the foaming of the gap between the half-shells 4a . 4b instead of. The stamp page is located in the tool cube 21 and the die side, the later the planking 1' of the outdoor module 1 by flooding with a PUR varnish to form the outer skin 6 trains, on the closing side 22 , The flooding of the outer shell 4a before foaming, in the closing plane I of the cube tool 20 or in another tool. That to the outer shell 4a Shaped SMC sheet is contoured into the die of the closing side 22 inserted, there by means of vacuum suction 26 fixed in his position. After closing the tool 20 Will the between the outer shell 4a and the inner shell 4b formed cavity foamed and so a Rohaußenmodul 1'' from inner shell 4b , Structural core 5 and outer shell 4a (and possibly the outer skin 6 ) receive. In the clasp plane II is on the stamp side 21 an already filled out in a previous cycle Rohaussenmodul 1'' , Alternatively to the flooding of the outer shell 4a before foaming in closing level I, the outer shell can also be filled with foam 4a of the raw outer module 1'' be flooded in the closing level II.

In der obersten Abbildung der 10 ist die durch Überfluten gebildete Außenhaut 6 in beiden Schließebenen I, II dargestellt, jedoch wird nur eine der beiden alternativen Prozessvarianten gewählt werden.In the top picture of the 10 is the outer skin formed by flooding 6 shown in both closing levels I, II, however, only one of the two alternative process variants will be selected.

Das Ausschäumen des Zwischenraums zwischen der Außenschale 4a und der Innenschale 4b mittels einer Injektionsvorrichtung 24 für ein schäumbares Material wie ein Polyurethan findet dann im geschlossenen Werkzeug 20, dargestellt in der mittleren Abbildung der 10 statt, während gleichzeitig in der zweiten Schließebene II des Werkzeugs 20 das Heißpressen des Rohaußenmoduls 1'' zu dem fertigen Außenmodul 1 erfolgt. Dazu weist hier die Schließseite 23 der zweiten Schließebene des Werkzeugs 20 eine Temperiervorrichtung auf, die die Werkzeugoberfläche induktiv oder mit Stickstoff temperiert.The foaming of the gap between the outer shell 4a and the inner shell 4b by means of an injection device 24 for a foamable material such as a polyurethane then takes place in a closed mold 20 , shown in the middle picture of the 10 instead, while at the same time in the second closing plane II of the tool 20 the hot pressing of the raw outer module 1'' to the finished outdoor module 1 he follows. For this purpose has the closing side 23 the second closing plane of the tool 20 a temperature control, which tempered the tool surface inductive or with nitrogen.

Selbstverständlich können auch die weiteren Werkzeugoberflächen des Werkzeugs 20 mit Temperiervorrichtungen ausgestattet sein, und die Temperiervorrichtung kann neben Stickstoff auch eine Wasser- oder Ölkühlung aufweisen.Of course, the other tool surfaces of the tool can 20 be equipped with tempering, and the tempering can in addition to nitrogen also have a water or oil cooling.

Nach Vollendung des Schließzyklus' des Werkzeugs 20 kann darin, wie in der untersten Abbildung der 10 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet, das fertige Außenmodul 1 aus der Schließebene II mittels einer Lineareinheit 30' entnommen werden, und einer Endlackierung, etwa für Metallic-Effekte, der Beplankungsseite 1' zugeführt werden.After completion of the closing cycle of the tool 20 can in it, as in the bottom picture of the 10 indicated by the dashed arrows, the finished outdoor module 1 from the closing level II by means of a linear unit 30 ' and a final finish, such as for metallic effects, the planking side 1' be supplied.

Das in der Schließebene I durch das Ausschäumen des Zwischenraums zwischen äußerer und innerer Halbschale 4a, 4b erzeugte Rohaußenmodul 1'' verbleibt auf der Stempelseite 21 des Werkzeugs 20, so dass es sich nach Drehen des Werkzeugwürfels 21 um 180° in der Schließebene II befindet (oberste Abbildung der 10), in der dann das – falls noch nicht erfolgt, Überfluten und – Heißpressen durchgeführt wird, während in der Schließebene I erneut Halbschalen 4a, 4b eingelegt werden.That in the closing plane I by the foaming of the space between the outer and inner half-shell 4a . 4b generated raw external module 1'' remains on the stamp side 21 of the tool 20 so that it turns after the tool cube 21 180 ° in the closing plane II (top picture of the 10 ), in which then the - if not yet done, flooding and - hot pressing is performed, while in the closing level I again half-shells 4a . 4b be inserted.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Montage,- Funktions- und Herstellkosten reduziert werden, wobei das selbsttragende Außenmodul mit geringen Fertigungstoleranzen durch In-Mould-Assembly hergestellt werden kann, während verschiedene Bearbeitungsschritte durch einen Werkzeugwürfel verbunden sind, so dass das Außenmodul quasi in einer Maschine hergestellt werden kann. Der Sandwichaufbau des Außenmoduls mit leichtem Kern trägt zur Gewichtsreduzierung bei und das Außenmodul kann als Strukturbauteil zur Steigerung der Crashperformance eingesetzt werden, indem die Energie weit außen flächig auf den Träger verteilt wird. Die Modulbauweise der mit dem Außenmodul gefertigten Gehäusekomponente wie etwa einer Kraftfahrzeugtür erfordert nur einen geringen Handhabungsaufwand. Durch die geringe Schwingungsempfindlichkeit/NVH bzw. die Steifigkeitserhöhung wird ein Komfortgewinn erzielt, und gleichzeitig durch den Schichtaufbau nicht nur eine hohe Designfreiheit erhalten, sondern auch eine Class-A-Oberfläche. Funktionselemente wie Dehnungswellen können wegen der Designunabhängigkeit konstruktiv in die innere Deckschicht integriert werden. So ist auch der Verlauf des Eindrückwiderstands gezielt über den Eindrückweg durch Materialauswahl, Schichtaufbau, Funktionselemente definierbar. Die Funktionsintegration birgt dabei weiteres Kosteneinsparungspotential. Die Verbindung der Module durch Klebung betet ein einfaches Reparaturkonzept.With the method according to the invention, assembly, functional and manufacturing costs can be reduced, wherein the self-supporting outer module can be manufactured with low manufacturing tolerances by in-mold assembly, while various processing steps are connected by a tool cube, so that the outer module produced quasi in a machine can be. The sandwich construction of the lightweight core outer module contributes to weight reduction, and the outer module can be used as a structural member to enhance crash performance by distributing the energy widely to the outside of the support. The modular design of the housing module manufactured with the outer module such as a motor vehicle door requires only a small handling effort. Due to the low vibration sensitivity / NVH or the increase in stiffness, a gain in comfort is achieved, and at the same time the layer construction not only gives a high degree of design freedom, but also a Class A surface. Functional elements such as strain waves can be structurally integrated into the inner cover layer because of the design independence. Thus, the course of the indentation resistance is specifically defined via the Eindrückweg by material selection, layer structure, functional elements. The functional integration holds further cost saving potential. The connection of the modules by gluing prays a simple repair concept.

Besonders wichtig für den Einsatz im Kraftfahrzeugbau ist, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren kurze Zykluszeiten und höhere Stückzahlen realisierbar sind, so dass das Außenmodul auch in Großserie hergestellt werden kann. Die durch das Außenmodul bereitgestellte Beplankung ist hochwertig, da nicht nachgiebig, und weist eine sehr gute Wärmeisolierung und ein sehr gutes Akustikverhalten auf.It is particularly important for use in motor vehicle construction that short cycle times and higher quantities can be realized by the method according to the invention, so that the outdoor module can also be mass produced. The planking provided by the outdoor module is of high quality, not yielding, and has a very good thermal insulation and a very good acoustic behavior.

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Claims (10)

Außenmodul (1) mit einer Außenbeplankung (1') für eine modular aufgebaute Gehäusekomponente, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenmodul (1) einen Mehrschichtaufbau aus einer thermoplastischen FVK-Innenschale (4b) und einer Außenschale (4a) mit einer darauf angeordneten Außenhaut (6), die die Außenbeplankung (1') bildet, aufweist, wobei die thermoplastische FVK-Innenschale (4b) auf der von der Außenschale (4a) weg weisenden Seite Versteifungselemente (7, 10, 11) aufweist.Outdoor module ( 1 ) with an outer skin ( 1' ) for a modular housing component, characterized in that the outer module ( 1 ) a multilayer structure of a thermoplastic FRP inner shell ( 4b ) and an outer shell ( 4a ) with an outer skin ( 6 ), the outer skin ( 1' ), wherein the thermoplastic FRP inner shell ( 4b ) on the outer shell ( 4a ) side facing stiffeners ( 7 . 10 . 11 ) having. Verfahren zur Herstellung eines Außenmoduls (1) nach Anspruch 1, wobei die Außenschale (4a) eine SMC-Außenschale (4a) ist und zwischen der thermoplastischen FVK-Innenschale (4b) und der SMC-Außenschale (4a) ein Strukturkern (5) angeordnet ist, umfassend die Schritte: – Bereitstellen der thermoplastischen FVK-Innenschale (4b) durch Formen eines thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs entsprechend einer Innenschalenkontur und Hinterspritzen mit den Versteifungselementen (7, 10, 11), – Bereitstellen der SMC-Außenschale (4a) durch kontinuierlich Herstellen eines SMC-Sheets in einem SMC-Direktverfahren und Fließpressen des SMC-Sheets entsprechend einer Außenschalenkontur, – Einlegen der thermoplastischen FVK-Innenschale (4b) und der SMC-Außenschale (4a) in ein Werkzeug (20) und Schließen des Werkzeugs (20), – Erzeugen des Strukturkerns (5) in einem zwischen der thermoplastischen FVK-Innenschale (4b) und der SMC-Außenschale (4a) gebildeten Hohlraum, dabei Erhalten eines Rohaußenmoduls (1''), – Heißpressen des Rohaußenmoduls (1''), – Überfluten der SMC-Außenschale (4a) mit einem Polyurethan und Bilden der Außenhaut (6).Method for producing an outer module ( 1 ) according to claim 1, wherein the outer shell ( 4a ) an SMC outer shell ( 4a ) and between the thermoplastic FRP inner shell ( 4b ) and the SMC outer shell ( 4a ) a structural core ( 5 ), comprising the steps of: - providing the thermoplastic FRP inner shell ( 4b ) by molding a thermoplastic continuous fiber semi-finished product according to an inner shell contour and injection molding with the stiffening elements ( 7 . 10 . 11 ), - providing the SMC outer shell ( 4a ) by continuously producing an SMC sheet in an SMC direct process and extruding the SMC sheet according to an outer shell contour, - inserting the thermoplastic FRP inner shell ( 4b ) and the SMC outer shell ( 4a ) into a tool ( 20 ) and closing the tool ( 20 ), - generating the structural core ( 5 ) in one between the thermoplastic FRP inner shell ( 4b ) and the SMC outer shell ( 4a ), thereby obtaining a Rohaußenmoduls ( 1'' ), - hot pressing of the raw outer module ( 1'' ), - flood the SMC outer shell ( 4a ) with a polyurethane and forming the outer skin ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 2, wobei das SMC-Direktverfahren die Schritte umfasst: – Mischen von Matrixkomponenten mit Verstärkungsfasern, – Pressen und Portionieren der Faser-Matrixmasse zu dem SMC-Sheet, – Durchführen einer beschleunigten Reifung mittels Mikrowellen.Method according to claim 2, in which the SMC direct method comprises the steps: Mixing of matrix components with reinforcing fibers, Pressing and portioning the fiber matrix mass to the SMC sheet, - Perform an accelerated maturation by means of microwaves. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Überfluten der SMC-Außenschale (4a) vor oder nach dem Erzeugen des Strukturkerns (5) durchgeführt wird.Method according to claim 2 or 3, wherein the flooding of the SMC outer shell ( 4a ) before or after the creation of the structure kernel ( 5 ) is carried out. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Erzeugen des Strukturkerns (5) das Einbringen eines Schaummaterials umfasst und insbesondere durch Injizieren eines schäumbaren Polymermaterials in den Hohlraum erfolgt, wobei der Strukturkern (5) eine Wabenstruktur umfasst und/oder das Schaummaterial ein spritzgegossener Polyamidschaum ist und/oder das schäumbare Material ein Polyurethan ist.Method according to at least one of claims 2 to 4, wherein the generation of the structural core ( 5 ) comprises introducing a foam material and in particular by injecting a foamable polymer material into the cavity, wherein the structural core ( 5 ) comprises a honeycomb structure and / or the foam material is an injection molded polyamide foam and / or the foamable material is a polyurethane. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, umfassend den Schritt: – automatisiert Überführen des SMC-Sheets nach dem SMC-Direktverfahren zum Fließpressen, des thermoplastischen Endlosfaserhalbzeugs zu einem Form- und Spritzgießwerkzeug, der Außenschale (4a) vom Fließpressen zu dem Werkzeug (20) und der Innenschale (4b) von dem Form- und Spritzgießwerkzeug zu dem Werkzeug (20) mittels einer oder mehrere Greifereinrichtungen (30).Method according to at least one of claims 2 to 5, comprising the step of: - automatically transferring the SMC sheet according to the SMC direct method for extruding, the thermoplastic continuous fiber semi-finished product into a molding and injection mold, the outer shell ( 4a ) from extrusion to the tool ( 20 ) and the inner shell ( 4b ) from the mold and injection mold to the tool ( 20 ) by means of one or more gripper devices ( 30 ). Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Werkzeug (20) ein Werkzeugwürfel (20) mit zwei Schließebenen (I, II) ist, wobei das Erzeugen des Strukturkerns (5) in einer ersten Schließebene (I) des Werkzeugs (20) und das Heißpressen des Rohaußenmoduls (1'') in einer zweiten Schließebene (II) des Werkzeugs (20) erfolgt.Method according to at least one of claims 2 to 6, wherein the tool ( 20 ) a tool cube ( 20 ) with two closure planes (I, II), wherein the creation of the structural core ( 5 ) in a first closing plane (I) of the tool ( 20 ) and the hot pressing of the raw outer module ( 1'' ) in a second closing plane (II) of the tool ( 20 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Überfluten vor dem Injizieren des schäumbaren Materials in der ersten Schließebene (I) des Werkzeugs (20) oder in einem anderen Werkzeug und das Überfluten nach dem Injizieren des schäumbaren Materials in der zweiten Schließebene (II) des Werkzeugs (20) erfolgt.The method of claim 7, wherein the flooding prior to injection of the foamable material in the first sealing plane (I) of the tool ( 20 ) or in another tool and the flooding after injection of the foamable material in the second closing plane (II) of the tool ( 20 ) he follows. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest die SMC-Außenschale (4a) durch eine Einrichtung zur Unterdruckerzeugung (26) in dem Werkzeug (20) gehalten wird und zumindest eine Werkzeugoberfläche zum Heißpressen induktiv variotherm, insbesondere mit einer Stickstoffkühlung temperiert wird.Method according to at least one of claims 1 to 8, wherein at least the SMC outer shell ( 4a ) by a device for generating negative pressure ( 26 ) in the tool ( 20 ) is maintained and at least one tool surface for hot pressing inductively variotherm, in particular with a nitrogen cooling is tempered. Modular aufgebaute Gehäusekomponente mit einem Außenmodul (1) mit Außenbeplankung (1') und einem Innenmodul (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Außenmodul (1) ein Außenmodul (1) nach Anspruch 1 ist, das durch ein Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 9 herstellbar ist, und das mit dem Innenmodul (2) verbunden ist.Modular housing component with an outdoor module ( 1 ) with outer skin ( 1' ) and an indoor module ( 2 ), characterized in that the outer module ( 1 ) an outdoor module ( 1 ) according to claim 1, which can be produced by a method according to at least one of claims 2 to 9, and with the inner module ( 2 ) connected is.
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