DE102004031240A1 - Wölbstrukturiertes Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus wölbstrukturiertem, beschichtetem Material, insbesondere für den Karosseriebau von Kraftfahrzeugen. Das Bauteil besteht aus einem mehrfach beschichteten Material oder aus einem Sandwichblech, wobei die Oberfläche des beschichteten Materials eine Wölbstruktur besitzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 4 und 15.
  • Es ist bekannt, wölbstrukturierte Bleche im Automobilbereich zu verwenden. Unter wölbstrukturiertem Blech wird hierbei ein Blech verstanden, das mit einer versteifenden Makrostruktur versehen ist, welche mit Hilfe eines Beulverfahrens in das Blech eingebracht wird; derartige Bleche sind beispielsweise in der DE 44 37 986 A1 beschrieben. Im Gegensatz zu der Wirkung klassischer Umformverfahren (wie z.B. Walzprägen oder Hydroforming), bei denen während des Umformens eine Plastifizierung des Blechs stattfindet, wird das Blech beim Wölbstrukturieren lediglich lokal gefaltet; dies ist verbunden mit einer nur unwesentlichen Oberflächenvergrößerung des Materials. Die Beulverformung erfolgt in einem Durchlauf verfahren, so das gesamte Materialbahnen (bzw. bandartige bereiche von ihnen) mit der Wölbstruktur versehen werden. Zur Herstellung steifigkeitserhöhter Karosseriebauteile werden aus diesen Materialbahnen Rohlinge ausgeschnitten, aus denen dann durch weitere Prozessschritte die gewünschten Bauteile gefertigt werden. Die Beschichtung, insbesondere der Lackierungs- und Trocknungsprozess, der Bauteile erfolgt nach der Wölbstrukturierung. Dies erfordert separate Lackierungsprozesse der einzelnen Bauteile, wodurch zusätzliche Herstellzeiten und -Kosten anfallen. Durch die Beschichtung- bzw. Lacktrocknung der einzelnen Bauteile tritt eine nachteilige Wärmebelastung für das Material auf.
  • Aus der DE 43 11 978 C1 ist die hydraulische Beulstrukturierung anodisierter, eloxierter, hochreflektierender Oberflächen dünner Materialbahnen und Folien bekannt. Erfindungswesentlich ist dabei die lichttechnische Anwendbarkeit der beulverformten Materialbahnen, sowie die Verwendung als formstabile Schallreflektoren oder formstabile Mehrkammerbehälter.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Bauteil aus wölbstrukturiertem, beschichtetem Material, insbesondere für den Karosseriebau von Kraftfahrzeugen, anzugeben, bei dem die Oberflächengüte des beschichteten Bauteils durch die Wölbstrukturierung nahezu nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein schnelleres und preisgünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 4 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Gemäß der Erfindung ist auf das Material des Bauteils eine Beschichtung aufgebracht. Die Oberfläche des beschichteten Materials wird anschließend wölbstrukturiert. Das Material ist beispielsweise ein Metallblech oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff.
  • Dieses Material ist z.B. mit zumindest einer haftverstärkenden und/oder korrosionshemmenden Schicht und/oder Pigmentschicht und/oder einer Lackschicht beschichtet. Die Oberfläche der Schichtenfolge kann mit einer Schutzschicht zusätzlich beschichtet werden. Das Material wird zweckmäßigerweise bandbeschichtet. Das vorbeschichtete Material ist als Halbzeug vom Coil verwendbar.
  • Die erfindungsgemäßen Bauteile haben folgende Vorteile:
    • – Die Wölbstrukturierung bewirkt eine Erhöhung der Beulsteifigkeit bzw. Biegesteifigkeit. Im Gegensatz zu unstrukturierten Materialien kann daher bei Verwendung wölbstrukturierter Bauteile die Materialdicke – ohne Steifigkeitseinbussen- wesentlich geringer gewählt werden. Dies ist mit einer erheblichen Material- und Gewichtsersparnis der Fahrzeugkarosserie verbunden, wenn z.B. Bauteile oder Module wie Trennwände und Dächer in Transportern oder Nutzfahrzeugen, Rückwände oder Abdeckungen oder Reserverad-Mulden in PKW-Karosserien aus wölbstrukturierten Materialien gefertigt werden. Gegenüber den bekannten steifigkeitserhöhenden Versickungen dieser Bauteile hat die Wölbstrukturierung den zusätzlichen Vorteil, eine weitgehend steifigkeitserhöhende Wirkung zu haben.
    • – Der Wölbstrukturierungsprozess beschädigt die vorbeschichteten Materialien nahezu nicht, insbesondere tritt keine Vermattung (Glanzgradabfall) des Lackes auf.
    • – Die Beschichtung des Materials, insbesondere der Lackierungs- und Trocknungsprozess, erfolgt vor der Wölbstrukturierung und dadurch ist kein separater Lackierungsprozess am wölbstrukturierten Bauteile erforderlich, wodurch Herstellzeiten und -Kosten verringert werden. Da der Trocknungsprozess an den Halbzeugen vom Coil durchgeführt wird, entfällt eine zusätzliche Wärmebelastung der wölbstrukturierten Bauteile.
    • – Durch die Herstellung von beschichteten, wölbstrukturierten Coils werden Standort – Abhängigkeiten bei der Beschichtung vermieden.
    • – Die modulare Bauweise bzw. der erweiterte Einsatz von Montagebauteilen vereinfacht den Zusammenbau, beispielsweise eine verbesserte Zugänglichkeit der Bauteile.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Bauteil zumindest abschnittsweise aus einem Sandwich- oder Verbundblech, d.h. es weist zumindest abschnittsweise (mindestens) zwei Metallschichten auf, zwischen denen (mindestens) eine Kunststoffschicht angeordnet ist. Hier besteht das Bauteil also aus einem Metallblech, auf das eine „Beschichtung" aus einem Kunststoff, gefolgt von einer Metallschicht, aufgebracht ist. Hierbei kann das Sandwichblech dünne Metallaußenschichten und eine dicke Kunststoff-(Polymer-)Schicht aufweisen; alternativ kann das Sandwichblech auch zwei dicke Metallaußenbleche aufweisen, zwischen denen eine dünne Kunststoffschicht (z.B. ein Kleberschicht) angeordnet ist.
  • Bauteile, die aus wölbstrukturierten Sandwichblechen gefertigt sind, weisen – neben der oben beschriebenen Steifigkeitserhöhung – gegenüber herkömmlichen Bauteilen große Vorteile in bezug auf die Durchschallung bzw. Geräuschdämmung auf. Dies hat zur Folge, dass bei Verwendung wölbstrukturierter Sandwichbleche die bisher vorgesehenen Dämmmatten (bzw. ähnliche Schallreduktionsmaßnahmen) entfallen können. Die metallischen Außenschichten können mit einer haftverstärkenden und/oder korrosionshemmenden Schicht und/oder Pigmentschicht und/oder einer Lackschicht versehen sein.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • 1 zeigt einen wölbstrukturierten Rohling
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines beschichteten, wölbstrukturierten Rohlings
  • 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rohlings aus einem Sandwichblech ...
  • 3a ... vor dem Wölbstrukturieren
  • 3b ... nach dem Wölbstrukturieren.
  • 1 zeigt einen Rohling 1 aus z.B. Metallblech, der mit dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtet und anschließend wölbstrukturiert wird. Die Außenkontur eines Bauteils 2, im vorliegenden Beispiel eine Fahrzeugrückwand, ist auf dem Rohling 1 der 1 gestrichelt gezeichnet. Die Wölbstruktur 3 des Rohlings 1 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine rechteckige Symmetrie, was in 1 schematisch durch ein Wabenmuster angedeutet ist. Alternativ kann der Rohling auch eine trigonale oder hexagonale Grundsymmetrie aufweisen.
  • Gemäss 2 besteht der Rohling 1 aus einem Metallblech 5, das mit einer Schichtenfolge 6 mit zumindest einer haftverstärkenden und/oder korrosionshemmenden Schicht und/oder Pigment und/oder Lackschicht beaufschlagt ist. Die Oberfläche der Schichtenfolge 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Schutzschicht 7 zusätzlich beschichtet. Das Material wird bandbeschichtet. Das vorbeschichtete Material ist als Halbzeug vom Coil verwendbar.
  • Anschließend wird eine Wölbstruktur 3 mit Hilfe eines Beulverfahrens, das beispielsweise in der DE 44 37 986 A1 beschrieben ist, auf dem beschichteten Metallblech erzeugt. Das Einbringen der Wölbstruktur 3 erfolgt beispielsweise in einem Durchlaufverfahren, dadurch wird das beschichtete Metallblech auf der gesamten Oberfläche wölbstrukturiert. Alternativ kann die Oberfläche in einem oder mehreren bandar tigen Streifen mit einer Wölbstrukturierung versehen sein, in benachbarten Streifen jedoch frei von der Wölbstruktur sein.
  • Das z.B. mit einem Prägeverfahren hergestellte Bauteil 2, weist großflächige wölbstrukturierte Versteifungszonen 4 auf, die die gewünschte Biegesteifigkeit, z.B. einer Rückwand gewährleistet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren tritt nahezu keine Vermattung des Lackes auf.
  • 3a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Sandwichblechs 8, das zwei metallische Außenschichten 9 umfasst, zwischen denen eine Innenschicht 10 aus einem Kunststoff angeordnet ist. Die Metallschichten 9 können beispielsweise aus Aluminium oder Stahl bestehen. Die Innenschicht 10 kann aus einem Kunststoff oder aus einem Metallschaum bestehen. Neben dem in 3a gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Dicke 12, 12' der Metallschichten 9 wesentlich geringer ist als die Dicke 11 der Polymer-Innenschicht 10, kann das Sandwichblech 8 auch aus zwei dicken Metallschichten 9 bestehen, zwischen denen eine dünne Kunststoff-Innenschicht 10 (beispielsweise aus einem Klebstoff) angeordnet ist.
  • Das Sandwichblech 8 ist an seiner Ober- und Unterseite mit einer Oberflächenbeschichtung 6' versehen, welche die oben beschriebenen haftverstärkenden und/oder korrosionshemmenden Schichten und/oder Pigment- und/oder Lackschichten und/oder Schutzschichten umfassen kann. Zur Herstellung eines Bauteil-Rohlings 1' wird das beschichtete Sandwichblech 8 einer Wölbstrukturierung, insbesondere einer hexagonalen Biegeverformung, unterzogen; der dabei entstehende wölbstrukturierte Rohling 1' ist in 3b in einer Schnittdarstellung gezeigt. Aus diesem Rohling 1' wird in der Folge ein Bauteil 2' geformt.

Claims (18)

  1. Bauteil aus wölbstrukturiertem, beschichteten Material, insbesondere für den Karosseriebau von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) aus einem mehrfach beschichteten Material besteht, und dass die Oberfläche des beschichteten Materials eine Wölbstruktur (3) besitzt.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein mehrfach beschichtetes Metallblech (5) ist.
  3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein mehrfach beschichteter, glasfaserverstärkter Kunststoff ist.
  4. Bauteil aus wölbstrukturiertem, beschichteten Material, insbesondere für den Karosseriebau von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2') zumindest abschnittsweise aus einem Sandwich- oder Verbundblech (8) besteht, so dass das Bauteil (2') zumindest abschnittsweise mindestens zwei metallische Außenschichten (9) aufweist, zwischen denen mindestens eine Innenschicht (10) angeordnet ist, und dass das Sandwich- oder Verbundblech (8) eine Wölbstruktur (3) aufweist.
  5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (10) aus einem Kunststoff besteht.
  6. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (10) aus einem Metallschaum besteht.
  7. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Sandwich- oder Verbundblechs (8) eine Beschichtung (6') aufweist.
  8. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich- oder Verbundblech (8) mindestens zwei metallische Außenschichten (9) mit einer Dicke (12, 12') von jeweils < 0,5 mm und mindestens eine Kunststoff-Innenschicht (10) mit einer Dicke (11) > 1 mm aufweist.
  9. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich- oder Verbundblech (8) mindestens zwei metallische Außenschichten (9) mit einer Dicke (12, 12') von jeweils > 0,5 mm und mindestens eine Kunststoff-Innenschicht (10) mit einer Dicke (11) < 0,5 mm aufweist.
  10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtenfolge (6, 6') des beschichteten Materials zumindest eine korrosionshemmende Schicht enthält.
  11. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge (6, 6') des beschichteten Materials zumindest eine haftverstärkende Schicht enthält.
  12. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge (6, 6') des beschichteten Materials zumindest eine Pigmentschicht enthält.
  13. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge (6, 6') des beschichteten Materials zumindest eine Lackschicht enthält.
  14. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das beschichtete Material eine Schutzschicht (7, 6') aufgebracht ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus wölbstrukturiertem Material, insbesondere für den Karosseriebau von Kraftfahrzeugen, wobei als Rohling (1, 1') zur Herstellung des Bauteils (2, 2') ein Zuschnitt aus Metallblech (5) oder einem faserverstärkten Kunststoff oder aus Sandwichblech (8) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mehrfach vorbeschichtet wird, und dass anschließend das beschichtete Material wölbstrukturiert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bandbeschichtet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf das vorbeschichtete Material eine Schutzschicht (7, 6') aufgebracht wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Material als Halbzeug vom Coil verwendet wird, und dass der beschichtete Coil wölbstrukturiert wird.
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