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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil mit einer ersten Kunststoffkomponente, die ein erstes Matrixmaterial aufweist und einer zweiten Kunststoffkomponente, die ein zweites Matrixmaterial aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um ökologischen und ökonomischen Erfordernissen der Nachhaltigkeit Genüge zu tun, ist man seit geraumer Zeit im Fahrzeugbau bestrebt das Gewicht der Fahrzeuge auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Kunststoffe erhalten Einzug in den Fahrzeugbau und substituieren die bislang verwendeten metallischen Werkstoffe. Zur Erläuterung dieser Entwicklung sollen hier als Beispiel Fahrzeugsitze aufgegriffen werden, bei denen die Sitzpolster, deren federnde Eigenschaften früher mittels Schraubenfedern realisiert wurden, heutzutage durch geschäumte Kunststoffpolster erzeugt werden. Diese Schaumkissen werden anschließend auf eine formstabile Trägerstruktur montiert, die dem Sitz seine äußere Gestalt verleiht.
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Nicht nur bei der Herstellung von Sitzen sondern auch bei anderen Fahrzeugteilen ergibt sich das grundlegende Problem, dass Bauteile mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften zu einer Baugruppe zusammengefügt werden müssen. Dies führt zu einem komplexen Aufbau und aufwändigen Herstellungsverfahren.
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Aus der
DE 44 25 027 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung dickwandiger Formkörper aus faserverstärkten Polyesterharzen mit Cyclopenten- oder Cyclohexengruppen oder aus faser-verstärkten Vinylesterharzen durch Tränken mehrerer Lagen von Glasfasermatten, in die Abstandsgewebe eingelegt sind, mit dem Harz und anschließendes Härten der Laminate bekannt.
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Die
DE 10 2005 023 320 A1 betrifft ein Verbundbauteil aus wenigstens zwei Schichten, wobei eine erste Schicht zumindest teilweise aus einem wärmehärtenden Kunstharz besteht und wobei eine zweite Schicht zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht. Die wenigstens eine, teilweise aus einem wärmehärtenden Kunstharz bestehende erste Schicht und die wenigstens eine, zumindest teilweise aus einem Elastomer bestehende zweite Schicht sind durch eine gemeinsame Wärmebehandlung oder eine andere vernetzende Behandlung in einem Arbeitsgang zusammengefügt.
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Die
US 3,026,228 A betrifft laminierte Gegenstände, die mit Glasfasern verstärkt sind sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Aus der
DE 10 2011 012 900 A1 ist ein faserverstärktes Kunststoffverbundbauteil bekannt, das zumindest zwei Bauteilbereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften hat. Jeder der sich unterscheidenden Bauteilbereiche besteht aus einem Verbund eines Matrixmaterials mit einer Faseranordnung, die für alle Bauteilbereiche eine einzige gemeinsame Faseranordnung ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Fahrzeugbauteil anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeugbauteil anzugeben, das mehrere Teilbereiche aufweist, wobei in das Fahrzeugbauteil verschiedene Funktionen integriert werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dar.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Fahrzeugbauteil mit einem Kunststoffbauteil, insbesondere aus Hybridfaserverbundmaterial, mit einer ersten Kunststoffkomponente, die ein erstes Matrixmaterial aufweist und einer zweiten Kunststoffkomponente, die ein zweites Matrixmaterial aufweist, vor. Die Härte der jeweiligen Kunststoffkomponente kann über das erste bzw. das zweite Matrixmaterial einstellbar sein, wobei erfindungsgemäß die erste Kunststoffkomponente eine niedrigere Härte als die zweite Kunststoffkomponente aufweist. Als Kunststoffmaterial für die zweite Kunststoffkomponente eignet sich insbesondere ein Harz, beispielsweise ein Epoxid-Harz, wobei für das Matrixmaterial der ersten Kunststoffkomponente insbesondere ein Elastomer und/oder ein thermoplastischer Polyurethan zur Anwendung kommen kann.
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Auf diese Weise kann ein Kunststoffbauteil bzw. ein Hybridfaserverbundbauteil erzeugt werden mit einer ersten, weicheren Kunststoffkomponente und einer zweiten, härteren Kunststoffkomponente.
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Gemäß einem Aufbau, der zum besseren Verständnis der Erfindung dient, kann in jeder Kunststoffkomponente ein Abstandsgewirke vorgesehen sein, das mit dem jeweiligen Matrixmaterial durchtränkt bzw. benetzt ist.
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Weiterhin kann gemäß dieses Aufbaus, der zum besseren Verständnis der Erfindung dient, zwischen der ersten Kunststoffkomponente und der zweiten Kunststoffkomponente eine verbindende Zwischenschicht angeordnet sein. Über diese Zwischenschicht können die Kunststoffkomponenten zusammengeführt werden. Diese Zwischenschicht kann beispielsweise als eine Klebeschicht, insbesondere in Form einer Schmelzklebefolie ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß weisen die beiden Kunststoffkomponenten ein gemeinsames Abstandsgewirke auf, das in einem ersten Abschnitt mit dem ersten Matrixmaterial und in einem zweiten Abschnitt mit dem zweiten Matrixmaterial durchtränkt ist. Erfindungsgemäß wird ein einziges, gemeinsames Abstandsgewirke verwendet, das bei dem Herstellungsprozess jeweils mit verschiedenen Matrixmaterialien benetzt wird. Dadurch entsteht eine Kombination aus einer harten Komponente und einer weichen Komponente in Form eines Einfaserverbundes. Dies bietet den Vorteil, dass die Weichheit bzw. die Härte der einzelnen Kunststoffkomponenten unmittelbar durch das verwendete Matrixmaterial einstellbar ist.
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Das Abstandgewirke kann in Form einer Faserschicht ausgebildet sein.
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Darüber hinaus kann das Abstandsgewirke aus Kohle-, Glas-, Aramid- und/oder Basalt-Fasern ausgebildet sein.
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Weiterhin kann an der zweiten Kunststoffkomponente, die eine höhere Härte aufweist als die erste Kunststoffkomponente, mindestens ein Befestigungsmittel vorgesehen sein, zum Verbinden des Kunststoffbauteils mit einem weiteren Bauteil.
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Alternativ dazu kann das Befestigungsmittel auch integral, d.h. einstückig in der zweiten Kunststoffkomponente ausgebildet sein, die eine höhere Härte aufweist als die erste Kunststoffkomponente. Diese Befestigungsmittel können beispielsweise als Haken, Ösen, Clip und/oder Steckverbindungen ausgebildet sein, mit denen die Kunststoffbauteile an anderen erfindungsgemäßen Fahrzeugbauteilen oder auch an Fahrzeugstrukturbauteilen angeordnet werden können, die aus Materialien bestehen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Solche Befestigungsmittel können erfindungsgemäß als Gelenke oder als Teile eines Gelenks, beispielsweise eines Scharniergelenks, ausgebildet sein.
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Ein solches Fahrzeugbauteil kann insbesondere als ein Fahrzeugsitz oder als Teil eines Fahrzeugsitzes, insbesondere als eine Fahrzeugsitzlehne und/oder eine Fahrzeugsitzfläche, ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Fahrzeugbauteil als eine Türinnenverkleidung, ein Türspiegel, eine Armauflage, ein Fahrzeugarmaturenbrett, eine Fahrzeugmittelkonsole, eine Fahrzeugmittelarmlehne und/oder eine Innenverkleidung eines Fahrzeugdaches, z.B. ein Fahrzeugdachhimmel, ausgeführt sein. In einer weiteren Alternative kann das Fahrzeugbauteil als ein Fahrzeuggepäckraumboden oder eine Fahrzeughutablage ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Fahrzeugbauteil auch als Außenhautbauteil, insbesondere als eine äußere Fahrzeugunterbodenverkleidung ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln oder in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
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Es zeigen in schematischer Darstellung
- 1 ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil, beispielhaft ausgebildet in Form eines Teils eines Fahrzeugsitzes,
- 2a eine vergrößerte Darstellung des Details X aus 1, gemäß eines Aufbaus zum besseren Verständnis der Erfindung,
- 2b eine vergrößerte Darstellung des Details X aus 1, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffbauteils in Form einer Türinnenverkleidung und
- 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffbauteils in Form einer Mittelarmlehne.
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Die vorliegende Erfindung soll zunächst prinzipiell anhand der 1 erläutert werden. In 1 ist das erfindungsgemäße, Kunststoffbauteil in Form eines Teils eines Fahrzeugsitzes ausgebildet. Obwohl die Bauteile in den Figuren schraffiert bzw. kariert dargestellt sind, handelt es sich nicht um Schnittzeichnungen. Die Schraffierungen dienen lediglich zur besseren Darstellung der verschiedenen Kunststoffkomponenten.
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Die Fahrzeugsitzlehne bildet ein erstes Kunststoffbauteil und die Fahrzeugsitzfläche bildet ein zweites Kunststoffbauteil. Jedes dieser Kunststoffbauteile hat eine einer evtl. darauf sitzenden Person zugewandte erste Seite und eine der sitzenden Position abgewandte zweite Seite. Jedes Kunststoffbauteil weist an seiner dem Fahrzeuginsassen zugewandten Seite eine erste Kunststoffkomponente 10 auf, die ein erstes Matrixmaterial 11 umfasst. Auf der Seite, die dem Fahrzeuginsassen abgewandt ist, weist das Kunststoffbauteil eine zweite Kunststoffkomponente 20 auf, die ein zweites Matrixmaterial 21 umfasst. Das erste Matrixmaterial 11 und das zweite Matrixmaterial 21 sind voneinander verschieden, so dass in dem Kunststoffbauteil eine erste Kunststoffkomponente 10 und eine zweite Kunststoffkomponente 20 realisiert werden können, die unterschiedliche Härten bzw. Weichheiten aufweisen. Die erste Kunststoffkomponente 10 hat elastische Eigenschaften und ist so deformierbar bzw. nachgiebig, dass sie nach einer Deformation wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt. Die erste Kunststoffkomponente 10 übernimmt damit die Funktion eines weichen Sitzformkissens.
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Die zweite Kunststoffkomponente 20 hat eine höhere Härte und damit eine höhere Steifigkeit und Festigkeit und kann somit tragende Funktionen übernehmen. Sie bildet damit eine formgebende steife Struktur des Sitzes. Mit der zweiten, härteren Kunststoffkomponente 20 kann der Sitz beispielsweise an Fahrzeugstrukturbauteile montiert werden. Auf der dem Fahrzeuginsassen zugewandten Seite der ersten Kunststoffkomponente 10 kann ein Überzug vorgesehen sein, der in 1 jedoch nicht dargestellt ist. Alternativ dazu kann der Sitz, bzw. die einzelnen Sitzteile, wie Sitzfläche oder Sitzlehne mit einem Bezug versehen sein.
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Das in 1 als Sitzlehne dargestellte, Kunststoffbauteil weist an seinem unteren Ende ein Befestigungsmittel 40 auf. Dieses ist integral, d.h. einstückig aus der zweiten Kunststoffkomponente 20 ausgebildet und bildet das erste Element eines Scharniergelenks. An dem in 1 rechten Ende des als Sitzfläche ausgebildeten Kunststoffbauteils ist ebenfalls ein Befestigungsmittel 40 ausgebildet, das ein zweites Element des Scharniergelenks bildet. Die Fahrzeugsitzfläche und die Fahrzeuglehne stehen somit über das Scharniergelenk in Verbindung, so dass die Fahrzeugsitzlehne relativ zur Fahrzeugsitzfläche schwenkbar ist.
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Der in 1 dargestellte, zweiteilige Aufbau des Fahrzeugsitzes mit einer Fahrzeugsitzfläche und einer Fahrzeugsitzlehne ist jedoch nur beispielhaft. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Fahrzeugsitz als eine sogenannte Sitzschale oder ein sogenannter Integralsitz ausgebildet sein, wobei die Sitzfläche und die Sitzlehne aus einem einzigen Kunststoffbauteil bestehen.
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In beiden genannten Ausführungsformen können weitere, zusätzliche Befestigungsmittel vorgesehen sein, mit denen die einzelnen Sitzkomponenten bzw. der gesamte Schalensitz an Fahrzeugstrukturbauteilen, beispielsweise an einer Sitzschiene, fixierbar sind. Erfindungsgemäß müssen die Befestigungsmittel nicht unbedingt integrale Bestandteile der zweiten Kunststoffkomponente 20 sein. Die Befestigungsmittel können auch als separate Einzelteile ausgebildet und mit dieser Kunststoffkomponente 20 verbunden bzw. verschraubt sein.
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In 2a ist eine vergrößerte Darstellung des Details X aus 1 zu sehen. Sie zeigt den Aufbau eines Kunststoffbauteils zum besseren Verständnis der Erfindung, wobei in der ersten Kunststoffkomponente 10 ein erstes Abstandsgewirke 12 und in der zweiten Kunststoffkomponente 20 ein zweites Abstandsgewirke 22 vorgesehen ist. Dieses Abstandsgewirke umfasst Kohle-, Glas-, Aramid- und/oder Basalt-Fasern, die in Form von Achterprofilen dargestellt sind.
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Die Abstandsgewirke 12 bzw. 22 sind mit einem ersten Matrixmaterial 10 bzw. einem zweiten Matrixmaterial 20 benetzt oder vollständig durchtränkt. Durch geeignete Auswahl der Matrixmaterialien 10, 20 können verschiedene Stauchhärten der ersten Kunststoffkomponente 10 und der zweiten Kunststoffkomponente 20 realisiert werden. Um eine möglichst weiche und nachgiebige erste Kunststoffkomponente 10 zu erzielen, wird als Matrixmaterial 10 ein Thermoplast, insbesondere ein thermoplastisches Urethan verwendet. Zur Herstellung möglichst harter, zweiter Kunststoffkomponenten 20 wird als Matrixmaterial 21 ein Harz, insbesondere ein Epoxid-Harz, benutzt, das nach seiner Aushärtung hohe Steifigkeit bzw. hohe Härtewerte erreicht.
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Zwischen der ersten Kunststoffkomponente 10 und der zweiten Kunststoffkomponente 20 ist eine Zwischenschicht 30 vorgesehen. Diese Zwischenschicht ist eine haftvermittelnde Schicht zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 10, 20 und kann als Klebstoffschicht ausgebildet sein.
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2b zeigt eine Vergrößerung des Details X aus 1 gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht in weiten Teilen dem Aufbau gemäß 2a, wobei gleiche Bezugszeichen auch gleiche Bauelemente beziffern. Im Unterschied zum Aufbau gemäß 2a weist das Kunststoffbauteil ein einziges Abstandsgewirke 32 auf. Dieses Abstandsgewirke 32 ist in einem in 2b oberen Bereich mit einem ersten Matrixmaterial 11 benetzt bzw. getränkt, um die erste Kunststoffkomponente 10 auszubilden. In dem in 2b dargestellten unteren Bereich ist das Abstandsgewirke 32 mit einem zweiten Matrixmaterial 21 benetzt bzw. durchtränkt, um eine zweite Kunststoffkomponente 20 auszubilden.
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In dem Aufbau, der in 2a und in der Ausführungsform die 2b dargestellt sind, kann somit die Härte der einzelnen Kunststoffkomponenten 10, 20 individuell eingestellt werden. Dies kann über die Dicke des Materials, der Ausführung des Abstandsgewirkes oder über das Matrixmaterial 10, 20 erfolgen. Der in 2a gezeigte Aufbau bietet dabei einen weiteren Freiheitsgrad in der Dimensionierung, da in jeder der beiden Kunststoffkomponenten 10, 20 ein einzelnes Abstandsgewirke 12, 22 angeordnet ist, das ebenfalls Einfluss auf die Härte nimmt.
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Durch Auswahl des Werkstoffs sowie der Form des Abstandsgewirkes kann die Härte der jeweiligen Kunststoffkomponente variiert werden. Die in den 1 und 2b dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine Vielzahl von Funktionsintegrationen. Durch Vorsehen von leitenden Materialien in der ersten Kunststoffkomponente 10 können beispielsweise Heizfunktionen integriert werden und so eine Sitzheizung ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch auf besonders einfache Weise durch aktive Nutzung von Hohlräumen in der ersten Kunststoffkomponente 10 Belüftungsfunktionen realisiert werden.
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In 3 ist eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil gezeigt, das als Türinnenverkleidung ausgebildet ist. Die zweite Kunststoffkomponente 20 bildet eine harte Struktur, die für die Türinnerverkleidung formgebend ist. Die erste Kunststoffkomponente 10 ist verglichen mit der zweiten Kunststoffkomponente 20 weicher ausgebildet und dient beispielsweise als Bereich für eine Armauflage. Strukturell kann die Türinnenverkleidung wie mit Bezug zu der 2b beschrieben aufgebaut sein.
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Ein weiteres Beispiel für die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kunststoffbauteils ist in 4 abgebildet. Diese zeigt eine Armauflage, beispielsweise eine Mittelarmstütze, die zwischen den Vorder- oder den Rücksitzen eines Fahrzeugs eingebaut werden kann. Auch hier dient die zweite Kunststoffkomponente 20 als formgebende Stützstruktur und die erste Kunststoffkomponente 10 als weiche, nachgiebige Auflage. Die zweite Kunststoffkomponente ist mit einem Befestigungsmittel 40 in Form eines Scharniergelenks versehen, mit dem die Armauflage über einen Träger mit dem Fahrzeug verbunden ist.
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Im Folgenden soll eine weitere, nicht dargestellte Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Wie bereits oben gezeigt, können erfindungsgemäße, Kunststoffbauteile auch zur Innenverkleidung eines Fahrgastraums verwendet werden. Dabei wird die weichere Kunststoffkomponente 10 zum Fahrzeuginsassen hin montiert und ein solches Matrixmaterial 11 verwendet, dass der ersten Kunststoffkomponente 10 eine vorbestimmte Weichheit verleiht, so dass Anforderungen für Kopfaufprallbereiche erfüllt sind.
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Kopfaufprallbereiche sind die Abschnitte im Fahrzeuginnenraum, die im Crashfall mit dem Kopf eines Fahrzeugpassagiers in Kontakt geraten können. Hierzu zählen vor allem die vorderen Bereiche des Fahrzeugdachs, die A-Säule sowie Bereiche des Armaturenbretts. Die Realisierbarkeit von besonders weichen Innenverkleidungsteilen, die bei einem Kopfaufschlag Energie absorbieren können, ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
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Auch im Außenbereich des Fahrzeugs können erfindungsgemäße Kunststoffbauteile eingesetzt werden. Im Bereich des Unterbodens können Kunststoffbauteile als Verkleidungselement angebracht werden oder selbst als Unterbodenbauteil Verwendung finden. Dabei ist die weichere Kunststoffkomponente 10 nach außen und die härtere der Kunststoffkomponente 20 zum Fahrzeuginneren gerichtet und kann an tragende Karosserieteile montiert werden. Die weiche Kunststoffkomponente 10 ist somit auf der Fahrbahn zugewandten Seite und kann passive aerodynamische Funktionen übernehmen, indem beispielsweise Finnen oder ähnliche aerodynamische Elemente ausgeformt sind. Durch die elastischen Eigenschaften der weichen Kunststoffkomponente 10 können diese aerodynamischen Elemente nach einem Bodenkontakt oder bei einem Steinschlag, durch den diese verformt werden, wieder in den Ausgangszustand zurückgehen. Auch bei der Verwendung als Außenhautbauteil, beispielsweise als Motorraumabdeckung, Seitenverkleidung, Kotflügel, Stoßstange oder Türaußenverkleidung bieten erfindungsgemäße Kunststoffbauteile den Vorteil, dass auf besonders einfache Weise ein Fußgängerschutz realisiert werden kann. Wie bereits oben für den Unterboden beschrieben, ist die zweite, harte Kunststoffkomponente 20 zur Fahrzeuginnenseite angeordnet und übernimmt tragende Karosseriefunktionen. Die weiche, erste Kunststoffkomponente 10 ist nach außen gerichtet und reagiert nachgiebig elastisch auf Stoßeinwirkung. Im Falle eines Unfalles mit Fußgängern kann somit eine Nachgiebigkeit und dadurch ein passiver Fußgängerschutz realisiert werden. Die erfindungsgemäßen Kunststoffbauteile bieten auch akustische Vorteile, da die akustischen Eigenschaften durch den Aufbau des Gewebes gezielt eingestellt werden können. Weitere Vorteile liegen in dem Gewichtseinsparungspotential, der Bauteilreduzierung sowie der Package-Optimierung bei gleichbleibenden oder verbesserten Bauteileigenschaften.