DE102004021337A1

DE102004021337A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Karosserieteils für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004021337A1
Application number: DE102004021337A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dichtl; Ralf Schwaighofer; Frank Kiesewetter; Norbert Elbs; Manfred Hoeller; Bernd Schleicher; Wolfgang Wagner; Thomas Stemmer
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2024-05-01
Also published as: DE102004021337B4; US7524389B2; US20050242469A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung eines Verbund-Karosserieteils für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Dachmoduls (38), in einem Werkzeug (10), welches ein erstes (14) und ein zweites Werkzeugteil (12) umfasst, die relativ zueinander verstellbar sind, wobei eine Außenhaut (16) in das erste Werkzeugteil eingelegt wird, mindestens ein Teil des Umfangsrandbereichs (20), der dem ersten Werkzeugteil zugewandten Seite der Außenhaut an einer an dem ersten Werkzeugteil vorgesehenen Dichtungsanordnung (18) zur dichtenden Anlage gebracht wird, Kunststoffmaterial (36) auf der von dem ersten Werkzeugteil abgewandten Seite der Außenhaut aufgebracht wird, wobei mittels des zweiten Werkzeugteils für eine Formgebung des Kunststoffmaterials gesorgt wird, und das Verbund-Karosserieteil von der Dichtungsanordnung gelöst und aus dem Werkzeug entnommen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Werkzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Verbund-Karosserieteils für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Dachmoduls.
In der DE 101 63 709 A1 ist ein Dachmodul beschrieben, welches mit seinen Außenrändern auf einen Karosserierahmen auflegbar und mit diese fest verbindbar ist. Das Dachmodul weist eine Außenhaus aus Stahlblech oder einer Kunststoffolie auf, die an ihrer Innenseite mit einer Schaumkunststoffschicht auf Polyurethanbasis hinterschäumt ist. In einem mittleren Abschnitt weist die Außenhaut eine Öffnung auf, in welcher eine transparente Platte vorgesehen ist, die in ihrem Umfangsrandbereich an der Unterseite ebenfalls mit der Schaumkunststoffschicht hinterschäumt ist. Zwischen der Kante der transparenten Platte und dem Rand der Öffnung in der Außenhaut ist ein Spalt ausgebildet, der mit dem Schaumkunststoff ausgeschäumt ist, wobei in einer solchen Weise geschieht, dass die Außenseite des Dachmoduls in diesem Bereich eben ist. Dieser Spaltraum wird bereits beim Schäumvorgang gefüllt, wobei in der Schäumform dafür Sorge zu tragen ist, dass zwischen den Außenflächen der Außenhaut und der transparenten Platte der Spaltraum lediglich glattflächig ohne Überlappungen durch den Schaumkunststoff überbrückt wird. Wie diesem Erfordernis Rechnung getragen werden kann, wird allerdings nicht erwähnt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Verbund-Karosserieteils für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Dachmoduls, zu schaffen, wobei das Karosserieteil eine Außenhaut und eine auf der Innenseite der Außenhaut vorgesehene Kunststoffschicht aufweisen soll und wobei sich die Kunststoffschicht auch über den Rand der Außenhaut hinaus erstrecken kann. Dabei soll jedoch zuverlässig auf einfache Weise verhindert werden, dass Kunststoffmaterial in nennenswertem Umfang auf die Außenseite der Außenhaut gelangt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Werkzeug gemäß Anspruch 20. Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, dass dadurch, dass die Außenhaut in ihrem Umfangsrandbereich zur dichtenden Anlage an einer an dem ersten Werkzeugteil vorgesehenen Dichtungsanordnung gebracht wird, in zuverlässiger Weise das Eindringen von Kunststoffmaterial in den Bereich zwischen der Außenhaut und dem ersten Werkzeugteil verhindert wird, auch wenn sich, z.B. aus Gründen des Ausgleichs von Fertigungstoleranzen und von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die Außenhaut nicht bis zum Rand des ersten Werkzeugteils erstreckt und auf diese Weise die Kunststoffschicht sich über den Rand der Außenhaut hinaus erstreckt. Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, dass Kunststoffmaterial die Außenhaut hinterwandert und auf die Außenseite der Außenhaut gelangt.
Auf diese Weise können Verbund-Karosseriebauteile hergestellt werden, die teilweise von der Außenhaut bedeckt sind und teilweise nicht.
Insbesondere kann auch vermieden werden, dass der Randbereich des Verbund-Karosserieteils beschnitten bzw. übermäßig nachbearbeitet werden muss. Dabei kann auch der Materialverbrauch reduziert werden. Ferner erhöht sich die Gestaltungsfreiheit für die realisierbaren Geometrien des Verbund-Karosserieteils.
Vorzugsweise wird mindestens in einem Teilbereich zwischen dem ersten Werkzeugteil und der Außenhaut ein Unterdruck erzeugt, um die dichtende Anlage der Außenhaut an der Dichtungsanordnung zu bewirken. Dies ermöglicht eine gute und zuverlässige Abdichtung auch bei problematischer Geometrie der Außenhaut. Ferner läßt sich die Außenhaut durch die Unterdruckerzeugung eindeutig im Werkzeug positionieren und bleibt während des Herstellungsprozesses auch dort fixiert.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs zur Herstellung eines Dachmoduls in geschlossenem Zustand während des Herstellungsvorgangs;
2 eine vergrößerte Ansicht des in 1 mit II bezeichneten Bereichs;
3 eine perspektivische Ansicht eines mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Werkzeugs hergestellten Dachmoduls nach der Entnahme aus dem Werkzeug; und
4 eine Ansicht wie 3, wobei Scheiben zum Verschließen der Öffnungen des Dachmoduls am Dachmodul montiert sind.
In 1 ist ein Bereich eines Werkzeugs 10 gezeigt, das ein Oberwerkzeug 12 und ein Unterwerkzeug 14 umfasst. Das Werkzeug 10 kann auf übliche Weise geöffnet bzw. geschlossen werden, indem das Oberwerkzeug 12 und das Unterwerkzeug 14 relativ zueinander verstellt werden. In 1 ist das Werkzeug im geschlossenen Zustand gezeigt.
Zu Beginn des Herstellungsverfahrens für ein Verbund-Karosserieteil für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Dachmoduls, wird eine Außenhaut 16, die beispielsweise von einer Kunststoffolie oder einem metallischen Werkstoff, z.B. einem Aluminiumblech oder einem Stahlblech, gebildet wird, in die gewünschte Form vorgeformt, beispielsweise mittels eines Tiefziehprozesses. Anschließend wird die vorgeformte Außenhaut 16 in das geöffnete Werkzeug 10 eingelegt und dabei auf dem Unterwerkzeug 14 so platziert, dass die später die Außenseite des Karosserieteils bildende Seite der Außenhaut nach unten weist.
Das Unterwerkzeug 14 ist mit einer Dichtungsanordnung 18 versehen, an welche sich mindestens ein Teil des Umfangsrandbereichs 20 der Außenseite der Außenhaut 16 anlegt. Die Dichtungsanordnung 18 kann sich über einen Teil des Umfangsrandbereichs 20 oder über den gesamten Umfangsrandbereich 20 erstrecken, wobei sie in letzterem Fall dann eine geschlossene Kurve bildet.
Gemäß 2 umfaßt die Dichtungsanordnung 18 zwei im wesentlichen parallel verlaufende Dichtungslippen 22 bzw. 24, die bezüglich des Rands bzw. der Kante 26 der Außenhaut 16 hintereinander versetzt angeordnet sind und aus einem dauerelastischen Material bestehen. Die Dichtungslippen 22, 24 sind dabei in einer Vertiefung der Oberfläche 28 des Unterwerkzeugs 14 aufgenommen.
In dem Bereich zwischen den beiden Dichtungslippen 22, 24 sind Vakuumkanäle 30 vorgesehen, die mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe verbunden sind und die mittels einer grabenartigen Erweiterung 32 an der Oberfläche 28 des Unterwerkzeugs 14 münden.
Auch in dem bezüglich der Dichtungsanordnung 18 weiter innenliegenden Bereich des Unterwerkzeugs 14 können zusätzliche Vakuumkanäle 34 vorgesehen sein, die ebenfalls grabenartig an der Oberfläche 28 münden.
Die Vakuumkanäle 30 dienen dazu, nach dem Einlegen der Außenhaut 16 in das Werkzeug 10 einen Unterdruck im Bereich der Dichtungsanordnung 18 und insbesondere zwischen den beiden Dichtungslippen 22, 24 in dem Bereich zwischen der Außenhaut 16 und dem Unterwerkzeug 14 zu erzeugen, um eine dichtende Anlage der Außenhaut 16 an den Dichtungslippen 22, 24 zu bewirken. Die Vakuumkanäle 34 dienen dazu, einen Unterdruck auch in den bezüglich der Dichtungsanordnung weiter innen liegenden Bereich zwischen der Außenhaut 16 und der Oberfläche 28 des Unterwekzeugs 14 zu erzeugen.
Im nächsten Schritt wird ein Kunststoffmaterial 36 auf der von dem Unterwerkzeug 14 wegweisenden Seite der Außenhaut 16 (d.h. auf der Innenseite der Außenhaut 16) aufgebracht. Falls das Kunststoffmaterial 36 in ausschließlich flüssiger Form eingebracht wird, wird das Werkzeug 10 vorher geschlossen. Das Oberwerkzeug 12 sorgt dabei für eine Formgebung der von der Außenhaut 16 abgewandten Seite des Kunststoffmaterials 36. Die Außenhaut 16 wird dabei in dem Werkzeug 10 mit dem Kunststoffmaterial 36 hinterpresst, hinterspritzt oder hinterfüttert. Vorzugsweise weist das Kunststoffmaterial 36 Polyurethan als hauptsächliche oder ausschließliche Komponente auf. Vorzugsweise wird das Kunststoffmaterial 36 mittels eines sogenannten Lang-Faser-Injektionsverfahrens (LFI-Verfahrens) in das Werkzeug 10 eingebracht. Alternativ kann das Kunststoffmaterial als PHC-Struktur (Paper Honey Comb-Struktur) in das Werkzeug eingebracht werden. Dabei handelt es sich um eine Verbundstruktur aus einer Papier-Waben-Struktur und einer mit Polyurethan getränkten Glasfasermatte. Optional kann das Polyurethan mittels eines LFI-Verfahrens (Long Faser Injection), d.h. als Gemisch aus Polyurethan und geschnittenen Langglasfasern, aufgebracht werden.
Das Unterwerkzeug 14 bzw. die Außenhaut 16 sind so geformt, dass sich das Kunststoffmaterial 36 mindestens zum Teil über die Kante 26 der Außenhaut 16 hinaus erstreckt und in diesem Bereich durch die Oberfläche 28 des Unterwerkzeugs eine Formgebung erfährt. Dabei ist die Oberfläche 28 des Unterwerkzeugs 14 so geformt, dass die Außenseite des Kunststoffmaterials 36 in dem sich über die Kante 26 der Außenhaut 16 heraus erstreckenden Bereich bündig mit der Außenseite der Außenhaut ist.
Um ein Hinterwandern der Außenseite der Außenhaut 16 von der Kante 26 her möglichst zu vermeiden, erstreckt sich die Dichtungsanordnung 18, d.h. insbesondere die äußere Dichtungslippe 22, möglichst nah an die Kante 26 hin. Ein eventuelles Überstehen der Kante 26 über die äußere Dichtungslippe 22 ergibt sich durch Fertigungstoleranzen bei dem Formgebungsprozeß der Außenhaut.
Nach Abschluß der Formgebung des Kunststoffmaterials 36 durch das Oberwerkzeug 12 und das Unterwerkzeug 14, d.h. nach hinreichendem Aushärten des Kunststoffmaterials 36, wird das Werkzeug 10 geöffnet und das fertige Verbundbauteil kann aus dem Werkzeug entnommen werden. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck vorher der durch die Vakuumkanäle 30 und 34 erzeugte Unterdruck hinreichend verringert oder ganz aufgehoben wird. Zum Unterstützen des Abnehmens der Verbundbauteils von der Oberfläche 28 des Unterwerkzeugs 14 können die Vakuumkanäle 30, 23 auch dazu verwendet werden, vorübergehend einen Überdruck zwischen dem Unterwerkzeug 14 und der Außenhaut 16 aufzubauen.
In den 3 und 4 ist ein Beispiel für ein auf diese Weise hergestelltes Verbund-Karosserieteil gezeigt, bei welchem es sich um ein Dachmodul 38 handelt, welches mit seinen Außenrändern auf einen Karosserierahmen auflegbar und mit diesem fest verbindbar ist.
Bei dem gezeigten Beispiel ist die Außenseite des Dachmoduls 38 nur im Bereich einer erhöhten Mittelkonsole 40 mit der Außenhaut 16 versehen, während auf den seitlichen Randbereichen 42 die der Darstellung 3 und 4 nach oben weisende Außenseite von der Oberfläche des Kunststoffmaterials 36 gebildet wird. In dem seitlichen Randbereichen 42 sind insgesamt vier Dachöffnungen 44 vorgesehen, die beim fertig montierten Dachmodul gemäß 4 von auf die Außenseite aufgelegten und daran befestigten transparenten Glasscheiben 46 verschlossen sind.
Dadurch, dass die Dichtungsanordnung 18 zur Anlage des Umfangsrandbereichs 20 der Außenhaut 16 vorgesehen ist, kann verhindert werden, dass ein Teil des Kunststoffmaterials 36 auf die Außenseite der Außenhaut 16 gelangt, obwohl das Kunststoffmaterial 36 sich über die Randkante 26 der Außenhaut 16 hinaus erstreckt. Auf diese Weise kann ein Verbund-Karosserieteil geschaffen werden, welches nur zum Teil von der Außenhaut 16 bedeckt ist. Dadurch, dass sich das Kunststoffmaterial 36 über die Randkante 26 der Außenhaut 16 hinaus erstrecken kann, ist im Bereich des Unterwerkzeugs 14 genug Platz, um in dem sich an die Randkante 26 anschließenden Bereich Fertigungstoleranzen der Außenhaut 16 und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auszugleichen.

12: Oberwerkzeug
14: Unterwerkzeug
16: Außenhaut
18: Dichtungsanordnung
20: Umfangsrandbereich von 16
22: äußere Dichtungslippe
24: innere Dichtungslippe
26: Randkante von 16
28: Oberfläche von 14
30: Vakuumkanal
32: Vakuumgraben
34: Vakuumkanal
36: Kunststoffmaterial
38: Dachmodul
40: Mittelkonsole von 38
42: Randbereiche von 38
44: Dachöffnungen
46: Glasscheiben

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Karosserieteils für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Dachmoduls (38), in einem Werkzeug (10), welches ein erstes (14) und ein zweites Werkzeugteil (12) umfasst, die relativ zueinander verstellbar sind, wobei eine Außenhaut (16) in das erste Werkzeugteil eingelegt wird, mindestens ein Teil des Umfangsrandbereichs (20) der dem ersten Werkzeugteil zugewandten Seite der Außenhaut an einer an dem ersten Werkzeugteil vorgesehen Dichtungsanordnung (18) zur dichtenden Anlage gebracht wird, Kunststoffmaterial (36) auf der von dem ersten Werkzeugteil abgewandten Seite der Außenhaut aufgebracht wird, wobei mittels des zweiten Werkzeugteils für eine Formgebung des Kunststoffmaterials gesorgt wird, und das Verbund-Karosserieteil von der Dichtungsanordnung gelöst und aus dem Werkzeug entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem Teilbereich zwischen dem ersten Werkzeugteil (14) und der Außenhaut (16) ein Unterdruck erzeugt wird, um die dichtende Anlage der Außenhaut an der Dichtungsanordnung (18) zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (14) bzw. die Außenhaut (16) so geformt ist, dass sich das Kunststoffmaterial (36) mindestens zum Teil über die Kante (26) der Außenhaut hinaus erstreckt und in diesem Bereich durch das erste Werkzeugteil eine Formgebung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass erste Werkzeugteil (14) so geformt ist, dass die Oberfläche des Kunststoffmaterials (36) in dem Bereich, in welchem sich das Kunststoffmaterial über die Kante (26) der Außenhaut (16) hinaus erstreckt, bündig mit der Oberfläche der Außenhaut ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (16) im Werkzeug (10) mit dem Kunststoffmaterial (36) hinterpresst, hinterspritzt oder hinterfüttert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial (36) mittels eines Lang-Faser-Injektions-Verfahrens (LFI-Verfahren) in das Werkzeug (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial (36) als mit Kunststoff verstärkte Wabenstruktur in das Werkzeug (10) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Wabenstruktur um eine Papier-Wabenstruktur mit einer mit Polyurethan getränkten Glasfasermatte handelt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan mittels eines Lang-Faser-Injektions-Verfahrens aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (18) zwei Dichtungslippen (22, 24) aufweist, die bezüglich des Rands (26) der Außenhaut (16) hintereinander versetzt angeordnet sind, wobei in dem zwischen den beiden Dichtungslippen liegenden Bereich zwischen der Außenhaut und dem ersten Werkzeugteil (14) ein Unterdruck erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nur in dem zwischen den beiden Dichtungslippen (22, 24) liegenden Bereich zwischen der Außenhaut (16) und dem ersten Werkzeugteil (14) ein Unterdruck erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auch in dem bezüglich der Dichtungsanordnung (18) weiter innen liegenden Bereich zwischen der Außenhaut (16) und dem ersten Werkzeugteil (14) ein Unterdruck erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichtungsanordnung (18) bis an die Randkante (26) der Außenhaut (16) heran erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (16) vor dem Einlegen in das erste Werkzeugteil (14) vorgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial (36) Polyurethan aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Entnahme des Verbund-Karosserieteils (38) aus dem Werkzeug (10) mindestens im Bereich der Dichtungsanordnung (18) zwischen dem ersten Werkzeugteil (14) und der Außenhaut (16) ein Überdruck erzeugt wird, um die Anlage der Außenhaut an der Dichtungsanordnung aufzuheben.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Entnahme des Verbund-Karosserieteils (38) aus dem Werkzeug (10) auch in dem bezüglich der Dichtungsanordnung (18) weiter innen liegenden Bereich zwischen der Außenhaut (16) und dem ersten Werkzeugteil (14) ein Überdruck erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (14) unten liegt und das zweite Werkzeugteil (12) oben liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (16) als Kunststofffolie oder aus Aluminium- oder Stahlblech ausgebildet ist.
Werkzeug zur Herstellung eines Verbund-Karosserieteils für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines Dachmoduls (38), mit einem ersten (14) und einem zweiten Werkzeugteil (12), die relativ zueinander verstellbar sind, wobei das erste Werkzeugteil so geformt ist, dass eine Außenhaut (16) eingelegt werden kann, und mit einer Dichtungsanordnung (18) versehen ist, so dass mindestens ein Teil des Umfangsrandbereichs (20) der dem ersten Werkzeugteil zugewandten Seite der Außenhaut an der Dichtungsanordnung zur dichtenden Anlage gebracht werden kann, wobei das Werkzeug mit Mitteln versehen ist, um Kunstoffmaterial auf der von dem ersten Werkzeugteil abgewandten Seite der Außenhaut aufzubringen, und wobei das zweite Werkzeugteil ausgebildet ist, um für eine Formgebung des Kunststoffmaterials zu sorgen.
Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (14) mit Mitteln (20, 32, 34) versehen ist, um mindestens in einem Teilbereich zwischen dem ersten Werkzeugteil und der Außenhaut (16) einen Unterdruck zu erzeugen, um die dichtende Anlage der Außenhaut an der Dichtungsanordnung (18) zu bewirken,
Werkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mitteln zur Unterdruckerzeugung um an eine Pumpe angeschlossene Kanäle (30, 34) handelt, die an der zu der Außenhaut (16) hin weisenden Oberfläche (28) des ersten Werkzeugteils (14) münden.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbund-Karosserieteil um ein Dachmodul (38) handelt, welches mit seinen Außenrändern auf einen Karosserierahmen auflegbar und mit diesem fest verbindbar ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (18) dauerelastisch ist.