DE102019125610B4

DE102019125610B4 - Karosserie- oder Kabinenteil eines Pkw oder Nutzfahrzeuges und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE102019125610B4
Application number: DE102019125610.0A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Müller; Wolfgang Nendel; Tino Zucker; Marcus Klingelhöfer; Sebastian Iwan; Knut Morgenstern
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: DE102019125610A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Karosserie- oder Kabinenteils eines Pkw oder Nutzfahrzeuges, das ein wenigstens ein Metallhohlprofil (1) aufweisendes Metallbauteil (10) und wenigstens eine einen Innenraum (11) des wenigstens einen Metallhohlprofils (1) ausfüllende Innenkunststoffkomponente (3) mit einem Schmelzpunkt von höchstens 170 °C aufweist, wobei wenigstens eine Außenoberfläche des Metallbauteils (10) mit einer einen Lack aufweisenden Beschichtung (8) versehen und das Metallbauteil (10) mit dieser Beschichtung (8) in wenigstens einem bei wenigstens einer Temperatur, die mindestens 180 °C beträgt, ausgeführten Temperprozess getempert wird, bis der Lack vollständig ausgehärtet und/oder in eine Oberfläche des Metallbauteils (10) eingebrannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Temperprozess an dem mit der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente (3) gefüllten Metallhohlprofil (1) ausgeführt wird, wobei das Metallbauteil (10) während des Temperprozesses die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente (3) wenigstens umfangsseitig vollständig umschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Karosserie- oder Kabinenteils eines Pkw oder Nutzfahrzeuges, wie beispielsweise einer Stoßstange, das ein wenigstens ein Metallhohlprofil aufweisendes Metallbauteil und wenigstens eine einen Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils ausfüllende Innenkunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt von höchstens 170 °C aufweist, wobei wenigstens eine Außenoberfläche des Metallbauteils mit einer, einen Lack aufweisenden Beschichtung versehen und das Metallbauteil mit dieser Beschichtung in wenigstens einem bei wenigstens einer Temperatur, die mindestens 180 °C beträgt, ausgeführten Temperprozess getempert wird, bis der Lack vollständig ausgehärtet und/oder in eine Oberfläche des Metallbauteils eingebrannt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes, ein Metallhohlprofil und wenigstens eine einen Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils ausfüllende Innenkunststoffkomponente aufweisendes Karosserie- oder Kabinenteil eines Pkw oder Nutzfahrzeuges.
Karosserie- oder Kabinenteile von Pkw und Nutzfahrzeugen werden zur Verbesserung der Stoßfestigkeit oftmals innen mit Kunststoff verstärkt. Besonders häufig werden hierzu faserverstärkte Kunststoffe verwendet. Diese reduzieren sowohl das Gewicht als auch die Herstellungskosten des entsprechenden Karosserie- oder Kabinenteils.
Das Lackieren der Karosserie- oder Kabinenteile erfolgt üblicherweise mittels Kathodischer Tauchlackierung (KTL), auch bezeichnet als Kataphoretische Tauchlackierung. Dabei wird das zu lackierende Karosserie- oder Kabinenteil mit einem negativen Spannungsanschluss verbunden und bildet somit eine Kathode. Als Anode dient entweder ein mit einem positiven Spannungsanschluss verbundenes Edelstahlblech oder ein entsprechend kontaktiertes Beschichtungsbecken, in dem die Kathodische Tauchlackierung ausgeführt wird. Bei einer angelegten Spannung von etwa 200 V bis 260 V erfolgt die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen eines in das Beschichtungsbecken eingebrachten Bindemittels. Im Anschluss an die Tauchlackierung wird ein Aushärten der aufgetragenen Lackbeschichtung in einem Härteofen bei Temperaturen von mindestens 185 °C vorgenommen.
Problematisch ist dabei, dass die üblicherweise zur Verstärkung der Karosserie- oder Kabinenteile dienenden Kunststoffe bei Temperaturen ab etwa 160 °C nicht mehr temperaturstabil sind und schmelzen und/oder deformiert werden und/oder ihre mechanische Stabilität verlieren. Die Kunststoffe werden daher erst nach dem Lackier- und Aushärteprozess in die Karosserie- oder Kabinenteile eingebracht, was einen zusätzlichen Arbeitsgang erfordert.
Ein integriertes Lackierverfahren für Kunststoffteile enthaltende Karosserien oder Kabinen von Pkw und Nutzfahrzeugen ist in der Druckschrift DE 199 44 483 A1 beschrieben. Dabei werden Metallteile der Karosserie oder Kabine mit einem Elektrotauchlack beschichtet und die resultierende Elektrotauchlackschicht bei Temperaturen von typischerweise über 180 °C thermisch gehärtet. In die mit Elektrotauch lackierten Metallteile werden anschließend Kunststoffteile integriert. Der ausgebildete Metallteil-Kunststoffteil-Verbund wird im Folgenden mit einem Hydroprimer, einer Wasserbasislackschicht und einer Klarlackschicht beschichtet und anschließend zur Aushärtung dieser Lackschichten bei Temperaturen von weniger als 100 °C behandelt.
Die Druckschrift DE 103 60 350 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeuges in Modulbauweise, bei welchem ein Karosseriemodul und ein Dach mehreren Lackierprozessen unterworfen werden und durch Klebung miteinander verbunden werden. Der Fertigungs- und Verbundprozess des Karosseriemoduls und des Daches, welche aus verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenen thermischen Ausdehnungsverhalten bestehen, wird derart gesteuert, dass Verzüge in den Komponenten aufgrund von Unterschieden im thermischen Ausdehnungsverhalten weitestgehend ausgeschlossen werden. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass zunächst ein Klebstoff auf einen Fügebereich des unlackierten Karosseriemoduls aufgebracht wird, nachfolgend darauf das unlackierte Dach aufgesetzt wird, im Anschluss daran der Verbund einer kathodischen Tauchlackierung unterzogen wird, wobei der Klebstoff unter Wärmezufuhr infolge der kathodischen Tauchlackierung und/oder unter Einfluss von elektromagnetischen Feldern abbindet und schließlich dieser Verbund einer Endlackierung zugeführt wird.
In der Druckschrift DE 10 2015 100 968 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise beschrieben, bei welchem ein aus Faserverbundwerkstoff hergestelltes Bodenmodul mit einem metallisch ausgebildeten Strukturrahmen verbunden wird, nachdem dieser einen kathodischen Tauchlackierungsprozess durchlaufen hat. Eine solche Herstellungsweise soll die Gefahr der Änderung der Steifigkeit des Bodenmoduls und die Gefahr der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen mit der Folge von Spalten oder Rissen vermindern.
Aus der Druckschrift EP 0 517 707 B1 ist ein Verfahren zur Lackierung von Fahrzeugkarosserien bekannt, bei dem ein Elektrotauchlack appliziert und eingebrannt wird, ggf. ein Steinschlagzwischengrund appliziert und separat oder zusammen mit einer Füllerschicht eingebrannt wird, eine Füllerschicht appliziert und eingebrannt wird und eine ein- oder mehrschichtige Decklackierung appliziert und eingebrannt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Herstellungsverfahren von Karosserie- oder Kabinenteilen eines Pkw oder Nutzfahrzeuges effektiver zu gestalten.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Karosserie- oder Kabinenteils eines Pkw oder Nutzfahrzeuges gelöst, das ein wenigstens ein Metallhohlprofil aufweisendes Metallbauteil und wenigstens eine einen Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils ausfüllende Innenkunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt von höchstens 170 °C aufweist, wobei wenigstens eine Außenoberfläche des Metallbauteils mit einer einen Lack aufweisenden Beschichtung versehen und das Metallbauteil mit dieser Beschichtung in wenigstens einem bei wenigstens einer Temperatur, die mindestens 180 °C beträgt, ausgeführten Temperprozess getempert wird, bis der Lack vollständig ausgehärtet und/oder in eine Oberfläche des Metallbauteils eingebrannt ist, wobei erfindungsgemäß der wenigstens eine Temperprozess an dem mit der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente gefüllten Metallhohlprofil ausgeführt wird, wobei das Metallbauteil während des Temperprozesses die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig umschließt.
Überraschenderweise ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Innenkunststoffkomponente noch vor der Lackierung in das wenigstens eine Metallhohlprofil einzubringen, obwohl bei dem Temperprozess, bei dem ein Aushärten und/oder Einbrennen des Lacks erfolgt, Temperaturen oberhalb der Temperaturbeständigkeit des Materials der Innenkunststoffkomponente zum Einsatz kommen.
Für die erfindungsgemäße Herstellung des Karosserie- oder Kabinenteils wird wenigstens ein Metallbauteil verwendet. Das wenigstens eine Metallbauteil setzt sich wenigstens aus wenigstens einem Metallhohlprofil und wenigstens einer Innenkunststoffkomponente zusammen.
Das Metallbauteil kann ein Metallhohlprofil oder eine Mehrzahl von Metallhohlprofilen sowie eines oder eine Mehrzahl zusätzlicher, nicht hohler Metallteile aufweisen.
Das wenigstens eine Metallhohlprofil weist typischerweise eine Längserstreckung auf, die größer als seine Querschnittsabmessung ist, kann aber grundsätzlich unterschiedliche Formen und Querschnitte aufweisen. Es kann beispielsweise einfach oder mehrfach gewölbt sein.
Das Metallhohlprofil kann in seiner Längserstreckung linear, bogenförmig, wellenförmig oder anderweitig gekrümmt sein.
Das Metallhohlprofil weist einen Innenraum auf, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren noch vor einer Lackierung des Metallhohlprofils mit der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente befüllt wird. Für diese Befüllung kann das Metallhohlprofil entlang seiner Längsausrichtung oben und an den Seiten offen sein, also beispielsweise dachrinnenförmig ausgebildet sein. Dann bildet die in dem Metallhohlprofil ausgebildete Kuhle den Innenraum. Die Längsenden oder nur ein Längsende des wenigstens einen Metallhohlprofils können/kann auch geschlossen sein.
Wird eine Mehrzahl von Metallhohlprofilen verwendet, können diese miteinander verbundene und/oder separat ausgebildete Innenräume aufweisen.
Der Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils kann entlang der Längserstreckung des wenigstens einen Metallhohlprofils eine gleichbleibende oder unterschiedliche Ausdehnung/-en aufweisen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente noch vor dem Aufbringen der den Lack aufweisenden Beschichtung in das wenigstens eine Metallhohlprofil eingebracht. Bevorzugt wird hierfür ein die Innenkunststoffkomponente ausbildendes Material dabei in das wenigstens eine Metallhohlprofil eingegossen oder eingespritzt. Vorteilhafterweise können durch das Eingießen oder Einspritzen des Materials der Innenkunststoffkomponente unterschiedliche Strukturen des wenigstens einen Metallhohlprofils vollständig mit dem Material der Innenkunststoffkomponente ausgefüllt werden.
Das Material der Innenkunststoffkomponente ist aufgrund seiner Schmelztemperatur, die nicht höher als 170 °C beträgt, lediglich bis höchstens 170 °C temperaturbeständig. Das heißt, würde das Material der Innenkunststoffkomponente ohne irgendwelche Zusatzkomponenten beispielsweise in einen Ofen gebracht werden, welcher auf Temperaturen oberhalb von 170 °C erhitzt wird, würde dieses Material typischerweise schmelzen und es würden sich die mechanischen Eigenschaften, wie Steifigkeit und Festigkeit dieses Materials derart verändern, dass es unbrauchbar würde.
Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung, dass das Metallbauteil spätestens zu Beginn des Temperprozesses die Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig umschließt. Wenigstens umfangsseitig vollständiges Umschließen bedeutet in der vorliegenden Erfindung, dass das Metallbauteil umfangsseitig eine geschlossene Hülle um die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente ausbildet, ohne dass es unbedingt erforderlich ist, dass das Material der Innenkunststoffkomponente einen Innenraum des Metallbauteils vollständig ausfüllt. Das heißt, die Außenoberfläche der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente kann, muss aber nicht unbedingt an der Innenoberfläche des Metallbauteils allseitig anliegen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Metallhohlprofil beispielsweise rohrförmig ausgebildet ist. Um das Einbringen des Material der Innenkunststoffkomponente in das wenigstens eine Metallhohlprofil jedoch einfach zu gestalten, ist es von Vorteil, wenn das Metallbauteil nicht nur das wenigstens eine Metallhohlprofil, sondern auch wenigstens eine, einen Deckel für das wenigstens eine, beispielsweise rinnenförmige Metallhohlprofil ausbildende Metalldeckel aufweist.
Nach dem Einbringen der Innenkunststoffkomponente in das Metallhohlprofil und dem Realisieren eines wenigstens umfangsseitig vollständigen Umschließens der Innenkunststoffkomponente mit dem Metallbauteil wird erfindungsgemäß wenigstens eine Außenoberfläche des Metallbauteils mit einer, einen Lack aufweisenden Beschichtung versehen.
Daraufhin wird das Metallbauteil mit dieser Beschichtung in wenigstens einem Temperprozess getempert. Der wenigstens eine Temperprozess wird dabei bei wenigstens einer Temperatur von mindestens 180 °C, also einer Temperatur, bei der das Material der Innenkunststoffkomponente nicht mehr temperaturbeständig ist, durchgeführt. Das Metallbauteil umschließt während dieses Temperprozesses die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig. Dabei ist es möglich, aber nicht unbedingt erforderlich, dass die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente von dem Metallbauteil vollständig umschlossen wird. Grundsätzlich können bei dem Temperprozess wenigstens eines oder beide der Längsenden des Metallbauteils nicht geschlossen sein.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die beim Temperprozess verwendeten hohen Temperaturen von mindestens 180 °C nicht in einem solchen Maß auf die Innenkunststoffkomponente übertragen werden, dass sie diese derart schädigen würden, dass die mechanischen Eigenschaften des ausgebildete Karosserie- oder Kabinenteils darunter leiden. Stattdessen können standardmäßig für die Lackaushärtung oder -einbrennung verwendete Temperatur-Zeit-Regime an dem mit der Innenkunststoffkomponente befüllten Metallbauteil angewendet werden, ohne dass sich die mechanischen Eigenschaften des Materials der Innenkunststoffkomponente verschlechtern.
Das hat man bisher nicht erwartet und auch nicht erwarten können. Vielmehr ist man, wie oben ausgeführt, im Stand der Technik immer davon ausgegangen, dass es sich regelrecht verbietet, die Innenkunststoffkomponente den für die Lackaushärtung oder -einbrennung verwendeten, oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials der Innenkunststoffkomponente liegenden Temperaturen auszusetzen, um die mechanischen Eigenschaften des auszubildenden Karosserie- oder Kabintenteils in keinem Fall zu gefährden.
Die vorliegende Erfindung geht der eigentlichen Erwartung zum Trotz dennoch den Weg der Lackaufbringung und -aushärtung an dem schon mit der Innenkunststoffkomponente ausgestatteten Metallbauteil.
Erstaunlicherweise wirkt das die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig umschließende Metallbauteil trotz seiner guten Wärmeleiteigenschaften jedenfalls während der Dauer des Temperprozesses zum Aushärten oder Einbrennen des Lacks als ausreichender Hitzeschutz für die wenigstens eine in dem Metallbauteil angeordnete Innenkunststoffkomponente. Selbst wenn diese während dieses Temperprozesses aufgrund der dabei herrschenden, oberhalb des Schmelzpunktes des Materials der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente liegenden Temperatur(en) an ihren gegebenenfalls nicht von dem Metallbauteil umschlossenen Längsenden und/oder an ihrer an dem Metallbauteil anliegenden Außenoberfläche anschmelzen kann, ändern sich überraschenderweise die mechanischen Eigenschaften der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente zu mindestens 95 %, typischerweise zu mindesten 98 % des Volumens der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente nicht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, den Herstellungsprozess zur Herstellung von mit wenigstens einer Innenkunststoffkomponente gefüllten Karosserie- oder Kabinenteilen für Pkw oder Nutzfahrzeuge bedeutend zu vereinfachen und entsprechend Kosten zu sparen. So kann die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente schon vor der Lackaufbringung in das Metallbauteil eingebracht und das Metallbauteil mit der wenigstens einen darin eingebrachten Innenkunststoffkomponente lackiert werden. Ein aufwändiges, der Lackierung des Metallbauteils nachfolgendes Einbringen der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente, bei der der Lack nicht beschädigt werden darf, entfällt also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Metallbauteil aus dem wenigstens einen Metallhohlprofil und wenigstens einer zumindest während des Temperprozesses damit verbundenen Metalldeckel ausgebildet.
Vorteilhafterweise umschließen das wenigstens eine Metallhohlprofil und die wenigstens eine damit verbundene Metalldeckel die Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig. Der wenigstens eine Metalldeckel kann dabei eine ebene Metallplatte sein oder eine andere Form aufweisen, wie beispielsweise gewölbt oder wellig sein.
Bevorzugt weist das wenigstens eine Metallhohlprofil wenigstens einen seitlich auskragenden ersten Befestigungsbereich auf, über den es zumindest während des Temperprozesses mit wenigstens einem an dem wenigstens einen Metalldeckel vorgesehenen zweiten Befestigungsbereich verbunden ist. Der wenigstens eine seitlich auskragende erste Befestigungsbereich weist vorzugsweise eine Mehrzahl an Bohrungen auf, durch welche eine Befestigung der Metalldeckel an dem Metallhohlprofil mittels Schrauben oder Nieten erfolgen kann.
Der wenigstens eine zweite Befestigungsbereich wird vorzugsweise durch einen mit dem wenigstens einen ersten Befestigungsbereich korrespondierenden Randbereich der Metalldeckel gebildet. Insbesondere sind auch in dem wenigstens einen zweiten Befestigungsbereich mehrere Bohrungen angeordnet, durch welche eine Befestigung mittels Schrauben oder Nieten erfolgen kann.
Der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Befestigungsbereich können auch ohne Bohrungen ausgebildet und mittels Verkleben, Verschweißen oder Verklemmen miteinander verbunden sein. Die Verbindung kann auch über weitere Befestigungsmittel, wie beispielsweise seitlich angeordnete Klemmstreifen, erfolgen.
Das Metallbauteil ist vorzugsweise zweiteilig, also unter Verwendung eines Metallhohlprofils und eines dieses abdeckenden Metalldeckels, ausgebildet. Grundsätzlich kann das Metallbauteil auch mehr als zwei Teile aufweisen. Alternativ kann das Metallbauteil auch einteilig, wie beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das wenigstens eine Metallhohlprofil wenigstens in einem Bereich, über den sich der wenigstens eine von der Innenkunststoffkomponente ausgefüllte Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils erstreckt, einen U-, V- T-, Doppel-T-, L-, C- oder S-förmigen Querschnitt auf. Vorteilhafterweise kann in ein derart geformtes Metallhohlprofil die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente besonders effizient eingebracht werden.
In einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente aus wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff mit wenigstens einem darin eingebrachten Verstärkungsmaterial ausgebildet. Eine derartig ausgebildete Innenkunststoffkomponente verleiht dem Metallbauteil vorteilhafterweise ein hohes Maß an Festigkeit.
In einer kostengünstigen Ausgestaltung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente aus Polypropylen mit einem darin eingebrachten Verstärkungsmaterial ausgebildet. Alternativ ist auch ein anderes thermoplastische Polymer, wie beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polyamid, für die Ausbildung der Innenkunststoffkomponente einsetzbar.
Besonders bevorzugt ist das Verstärkungsmaterial eine Endlosfaserverstärkung, die kraftflussgerecht in den wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff eingebracht wird und/oder eine Wirrfaserverstärkung, die mit dem wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff durchmischt wird.
Durch das kraftflussgerechte Einbringen der Endlosfaserverstärkung in den wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff ergibt sich eine besonders gute Kraftaufnahme und Kraftverteilung innerhalb des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Karosserie- oder Kabinenteils.
Durch das gleichmäßige Einbringen der Wirrfaserverstärkung in den wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff weist das mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Karosserie- oder Kabinenteils gleichmäßig eine hohe Festigkeit auf.
In vorteilhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist die verwendete Endlosfaserverstärkung eine Glasfaserverstärkung.
Zur Verstärkung können alternativ zu Endlosfasern auch Kurzfasern, Rovingabschnitte, textile Flächengebilde oder Gitter verwendet werden. Als Verstärkungsmaterial sind neben Glasfasern auch Carbonfasern, Basaltfasern, Textilfasern und/oder Naturfasern, wie beispielsweise Holzfasern oder Hanffasern, denkbar.
Durch eine Glasfaserverstärkung können optimale Steifigkeits- und Festigkeitswerte der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente erzielt werden.
Bevorzugt wird die den Lack aufweisende Beschichtung durch kataphoretisches Tauchlackieren oder durch elektrostatisches Lackaufsprühen auf das auf das die wenigstens eine Innenkunststoffkomponenten wenigstens umfangsseitig vollständig umschließende Metallbauteil aufgebracht.
Beim kataphoretischen Tauchlackieren wird das die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig umschließende Metallbauteil negativ geschaltet und bildet somit eine Kathode. Als Anode dient entweder ein Edelstahlblech oder das Beschichtungsbecken selbst. Bei einer angelegten Spannung von etwa 200 V bis 260 V erfolgt die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen des Bindemittels.
Vorteilhafterweise erfolgt durch das kataphoretische Tauchlackieren eine vollständige und gleichmäßige Beschichtung des Metallbauteils.
Beim elektrostatischen Lackaufsprühen wird vorzugsweise ein Pulverlack auf das die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig umschließende Metallbauteil aufgesprüht.
In dem Temperprozess können sogar Temperaturen, die 200 °C und mehr, wie beispielsweise bis zu 240 °C, betragen, angewendet werden. Das Einbrennen und Aushärten der Beschichtung wird vorteilhafterweise bei Temperaturen von mindestens 200 °C intensiviert.
Diese Temperatur von mindestens 200 °C kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Temperprozess für eine Dauer von wenigstens 20 Minuten angewendet werden.
Das heißt, der erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Temperprozess ist kein sogenannter RTP (Rapid Thermal Processing)-Schritt oder ein ähnlicher Temperschritt, in dem hohe Temperaturen nur für wenige Sekunden auf ein Objekt ausgeübt werden.
Durch eine Einwirkzeit von wenigstens 20 Minuten bei beispielsweise 200 °C wird gewährleistet, dass das Aushärten der Lack aufweisenden Beschichtung auf dem Metallbauteil vollständig erfolgt. Bevorzugt wird in dem Temperprozess wenigstens eine Temperatur, die in einem Temperaturbereich von 200 °C bis 220 °C liegt, für eine Dauer von 15 bis 70 Minuten, besonders bevorzugt von 20 bis 60 Minuten, beispielsweise von 30 bis 50 Minuten verwendet.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente wenigstens eine Dicke von 2 cm, wenigstens eine Breite von 2 cm und wenigstens eine Länge von 10 cm auf.
Bevorzugt betragen die Dicke und/oder die Breite der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente wenigstens 4 cm, besonders bevorzugt wenigstens 5,5 cm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 7 cm.
Die Länge der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente beträgt bevorzugt wenigstens 20 cm, besonders bevorzugt wenigstens 50 cm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 70 cm.
Vorteilhafterweise sind die Abmessungen der Innenkunststoffkomponente den Abmessungen des Innenraumes des wenigstens einen Metallhohlprofils angepasst.
Das Metallbauteil ist vorzugsweise aus Stahlblech, wie beispielsweise aus ST37, gefertigt.
Vorzugsweise weist das Metallbauteil eine Materialdicke von wenigstens 0,6 mm auf. Bevorzugt beträgt die Materialdicke des Metallbauteils wenigstens 1 mm, besonders bevorzugt wenigstens 1,5 mm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 2,5 mm. Beispielsweise kann die Materialdicke des Metallbauteils auch in einem Bereich von 3 bis 5 mm liegen.
Die Materialdicke des Metallbauteils kann, muss aber nicht homogen sein.
Es hat sich herausgestellt, dass zwischen der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise zu verwendenden Materialdicke des Metallbauteils und dem Querschnitt der darin vorgesehenen, wenigstens einen Innenkunststoffkomponente eine Relation besteht. Je größer die Wanddicke des Metallbauteils umso geringer kann der Querschnitt der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente sein. Dies gilt jedenfalls dann, wenn der die Breiten- und Höhenmaße der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente in ähnlichen Bereichen liegen, zum Beispiel jeweils im Zentimeterbereich liegen, oder sogar gleich sind.
Je größer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Materialdicke des Metallbauteils, umso langsamer erwärmt sich das Metallbauteil beim Temperprozess und umso länger dauert es, bis die Temperatur beim Temperprozess auf das Metallbauteil einwirkende Temperatur, wie die Temperatur innehrhalb eines Härteofens, auf das Material der Innenkunststoffkomponente, das eine niedrigeren Wärmekoeffizienten als das Material des Metallbauteils aufweist, übertragen wird. Vorteilhafterweise können dadurch hohe Temperaturen bei dem erfindungsgemäß angewendeten Temperprozess von über 180 °C für einen für eine Lackaushärtung auf dem Metallbauteil ausreichenden Zeitraum auf das Metallbauteil einwirken, ohne dabei die wenigstens eine darin befindliche Innenkunststoffkomponente merklich zu schmelzen und/oder in ihren mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Die erfindungsgemäß bei dem Temperprozess verwendbaren Einwirkzeiten der Temperatur von über 180 °C gewährleisten eine optimale und vollständige Aushärtung der den Lack aufweisenden Beschichtung auf dem Metallbauteil, in dem während des Temperprozesses die Innenkunststoffkomponente schon eingebracht ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise gewährleistet, dass die damit hergestellten Karosserie- oder Kabinenteile optimale Festigkeits- und Steifigkeitswerte aufweisen und dass die aufgetragene Beschichtung vollständig ausgehärtet ist, ohne dass dabei die mechanischen Eigenschaften, wie die Festigkeits- und Steifigkeitswerte, der im Karosserie- oder Kabinenteil enthaltenen, wenigstens einen Innenkunststoffkomponente durch den Herstellungsprozess beeinträchtigt werden.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Karosserie- oder Kabinenteil eines Pkw oder Nutzfahrzeuges, das ein wenigstens ein Metallhohlprofil aufweisendes Metallbauteil und wenigstens eine einen Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils ausfüllende Innenkunststoffkomponente aufweist und mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.
Das Metallbauteil kann ein Metallhohlprofil oder eine Mehrzahl von Metallhohlprofilen sowie eines oder eine Mehrzahl zusätzlicher, nicht hohler Metallteile aufweisen.
Das Metallbauteil kann zweiteilig ausgebildet sein oder aus mehr als zwei Teilen zusammengesetzt sein. Alternativ kann das Metallbauteil auch einteilig ausgebildet sein.
Das wenigstens eine Metallhohlprofil weist typischerweise eine Längserstreckung auf, die größer als seine Querschnittsabmessung ist, kann aber grundsätzlich unterschiedliche Formen und Querschnitte aufweisen. Es kann beispielsweise einfach oder mehrfach gewölbt sein. Das wenigstens eine Metallhohlprofil kann entlang seiner Längserstreckung linear, bogenförmig, wellenförmig oder anderweitig gekrümmt ausgebildet sein.
Das Metallhohlprofil weist einen befüllbaren Innenraum auf. Hierzu kann das Metallhohlprofil entlang seiner Längsausrichtung oben und an den Seiten offen sein, also beispielsweise dachrinnenförmig ausgebildet sein. Dann bildet die in dem Metallhohlprofil ausgebildete Kuhle den Innenraum. Die Längsenden oder nur ein Längsende des Metallhohlprofils können/kann auch geschlossen sein.
Wenn das Karosserie- oder Kabinenteil zwei oder mehr als zwei Metallhohlprofile aufweist, so können diese miteinander verbundene und/oder separat ausgebildete Innenräume aufweisen.
Der Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils kann entlang der Längserstreckung des wenigstens einen Metallhohlprofils eine gleichbleibende Ausdehnung aufweisen. Alternativ kann der Innenraum unterschiedliche Ausdehnungen entlang der Längserstreckung des wenigstens einen Metallhohlprofils aufweisen, sodass er in zumindest einem Bereich der Längserstreckung eine größere Breite aufweist als in anderen Bereichen.
Die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente füllt den Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils vorzugsweise vollständig aus. Alternativ kann der Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils auch nur in einem Bereich entlang seiner Längserstreckung und/oder nur bis zu einer bestimmten Höhe mit der Innenkunststoffkomponente ausgefüllt sein. In dem von der Innenkunststoffkomponente ausgefüllten Bereich des Metallhohlprofils erstreckt sich die Innenkunststoffkomponente bevorzugt zumindest über den gesamten Querschnitt des Innenraumes des wenigstens einen Metallhohlprofils.
Ferner ist es möglich, dass zusätzlich zu der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente wenigstens eine weitere Bauteilkomponente in dem Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils angeordnet ist und/oder in den Innenraum hineinragt und/oder aus diesem herausragt.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Metallhohlprofil mit wenigstens einem Metalldeckel verbunden. Das wenigstens eine Metallhohlprofil und der wenigstens eine damit verbundene Metalldeckel umschließen die in dem Metallhohlprofil vorgesehene Innenkunststoffkomponente wenigstens umfangsseitig vollständig. Der wenigstens ein Metalldeckel kann als flache Platte ausgebildet sein, kann jedoch auch gewölbt sein oder unregelmäßig geformt, beispielsweise gewellt, sein.
Die Verbindung zwischen dem wenigstens einen Metallhohlprofil und dem wenigstens einen Metalldeckel kann beispielsweise über wenigstens einen an dem wenigstens einen Metallhohlprofil angeordneten seitlich auskragenden ersten Befestigungsbereich und wenigstens einen an dem Metalldeckel vorgesehenen zweiten Befestigungsbereich vorgenommen werden. Beide Befestigungsbereiche weisen dafür bevorzugt mehrere Bohrungen auf, die beispielsweise zum Verschrauben oder Vernieten des Metalldeckels mit dem Metallhohlprofil genutzt werden können. Zum Verbinden des wenigstens einen Metallhohlprofils mit dem wenigstens einen Metalldeckel kann jedoch auch jedes andere Fügeverfahren zum Einsatz kommen, sodass die Bohrungen auch weggelassen werden können. Beispielsweise kann das wenigstens eine Metallhohlprofil mit dem wenigstens einen Metalldeckel durch Punktschweißen oder Clinchen verbunden werden.
Die Auskragung des ersten und zweiten Befestigungsbereiches ist vorzugsweise nach außen auskragend ausgerichtet, kann jedoch grundsätzlich auch nach innen auskragend, also den Innenraum des Metallhohlprofils teilweise seitlich überdeckend, ausgerichtet sein.
Der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Befestigungsbereich können auch ohne Bohrungen ausgebildet und mittels Verkleben, Verschweißen oder Verklemmen miteinander verbunden sein. Die Verbindung kann auch über weitere Befestigungsmittel, wie beispielsweise seitlich angeordnete Klemmstreifen, erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das wenigstens eine Metallhohlprofil wenigstens in einem Bereich, über den sich der wenigstens eine von der Innenkunststoffkomponente ausgefüllte Innenraum des wenigstens einen Metallhohlprofils erstreckt, einen U-, V-, T-, Doppel-T-, L-, C- oder S-förmigen Querschnitt auf. Ein derart geformtes Metallhohlprofil kann durch die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente gut ausgefüllt werden, sodass eine zuverlässige Innenverstärkung des Metallhohlprofils ausgebildet werden kann.
Bevorzugt ist die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie beispielsweise Polypropylen, mit wenigstens einem darin eingebrachten Verstärkungsmaterial, wie einer darin eingebrachten Endlosfaserverstärkung und/oder Wirrfaserverstärkung, ausgebildet. Polypropylen hat den Vorteil, dass dieses Material ein gutmütiges Versagensverhalten des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Karosserie- oder Kabinenteils mit sich bringt. Anstelle von Polypropylen kann auch ein anderes thermoplastisches Polymer, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, für die Ausbildung der Innenkunststoffkomponente verwendet werden.
Die Innenkunststoffkomponente verleiht dem Metallbauteil vorteilhafterweise ein hohes Maß an Festigkeit, dient durch das wenigstens eine darin eingebrachte Verstärkungsmaterial einer guten Kraftaufnahme und -verteilung bei einer Krafteinwirkung auf das Metallbauteil und ist außerdem relativ leicht und kostengünstig.
Als Verstärkungsmaterial können bei der vorliegenden Erfindung Endlosfasern und/oder Kurzfasern, Rovingabschnitte, textile Flächengebilde oder Gitter in der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente vorgesehen sein. Als Verstärkungsmaterial sind neben Glasfasern auch Carbonfasern, Basaltfasern, Textilfasern und/oder Naturfasern, wie beispielsweise Holzfasern oder Hanffasern, denkbar.
Bei dem fertigen Karosserie- oder Kabinenteil ist das Metallbauteil an seiner Außenoberfläche mit einer gehärteten Lackbeschichtung versehen. Diese Lackbeschichtung ist vorzugsweise auf dem gesamten Außenumfang des Metallbauteils vorgesehen.
Die wenigstens eine, in dem Metallbauteil vorliegende Innenkunststoffkomponente weist vorzugsweise wenigstens eine Dicke von 2 cm, wenigstens eine Breite von 2 cm und wenigstens eine Länge von 10 cm auf, wobei die Abmessungen der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente vorzugsweise den Abmessungen des Innenraumes des wenigstens einen Metallhohlprofils angepasst sind.
Bevorzugt betragen die Dicke und/oder die Breite der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente wenigstens 4 cm, besonders bevorzugt wenigstens 5,5 cm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 7 cm.
Die Länge der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente beträgt bevorzugt wenigstens 20 cm, besonders bevorzugt wenigstens 50 cm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 70 cm.
Die oben angegebenen Größenangaben bewirken nicht nur besonders gute mechanische Eigenschaften des ausgebildeten Karosserie- oder Kabintenteils, sondern garantieren auch, dass die mechanischen Eigenschaften der wenigstens Innenkunststoffkomponente bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht beeinträchtigt werden.
Das Metallbauteil weist vorzugsweise eine Materialdicke von wenigstens 0,6 mm auf. Bevorzugt beträgt die Materialdicke des Metallbauteils wenigstens 1 mm, besonders bevorzugt wenigstens 1,5 mm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 2,5 mm. Trotz dieser geringen Materialdicken kann das Metallbauteil vorteilhaftweise einen für die Dauer des Temperprozesses ausreichenden Hitzeschutz für die darin befindliche, wenigstens eine Innenkunststoffkomponente zur Verfügung stellen. Durch die geringen Materialdicken des Metallbauteils hat das auszubildende Karosserie- oder Kabinenteil darüber hinaus vorteilhafterweise ein insgesamt geringes Gewicht.
Das Metallbauteil besteht vorzugsweise aus Stahlblech.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehörigen Figuren näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.
Dabei zeigen:

1: schematisch einen Schritt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem ein Metallhohlprofil und ein Metalldeckel in einem unlackierten Zustand bereitgestellt werden;
2: schematisch einen weiteren Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem in das unlackierte Metallhohlprofil eine Innenkunststoffkomponente eingebracht wurde;
3: schematisch einen nächsten Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem der Metalldeckel auf das mit der Innenkunststoffkomponente gefüllte Metallhohlprofil aufgesetzt und mit diesem verbunden wurde;
4 schematisch noch einen weiteren Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem das mit der Innenkunststoffkomponente gefüllte Metallhohlprofil einschließlich der damit verbundenen Metalldeckel mit einer Lack aufweisenden Beschichtung versehen werden;
5 schematisch noch einen nächsten Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem das mit der Innenkunststoffkomponente gefüllte Metallhohlprofil einschließlich der damit verbundenen Metalldeckel und der aufgebrachten Beschichtung getempert werden; und
6 schematisch ein mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes, erfindungsgemäßes Metallbauteil in einer perspektivischen Querschnittsdarstellung.

In 1 ist schematisch ein Schritt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, in dem ein Metallhohlprofil 1 und ein Metalldeckel 2 in einem unlackierten Zustand bereitgestellt werden.
Ein Innenraum 11 des Metallhohlprofils 1 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen U-förmigen Querschnitt auf, kann aber in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch einen anderen, für eine Kunststoffbefüllung geeigneten Querschnitt aufweisen. Der Innenraum 11 erstreckt sich entlang einer Längserstreckung L des Metallhohlprofils 1. Die Längserstreckung L des Metallhohlprofils 1 ist größer als seine Querschnittsabmessungen und verläuft in der dargestellten Ausführungsform linear. Alternativ kann das Metallhohlprofil 1 in seiner Längserstreckung auch bogenförmig oder wellenförmig oder anderweitig gekrümmt ausgebildet sein.
Das Metallhohlprofil 11 besteht in der gezeigten Ausführungsform aus Stahlblech, kann jedoch auch aus einem anderen Metall ausgebildet sein.
Das in der gezeigten Ausführungsform verwendete Metallhohlprofil 1 ist entlang seiner Längserstreckung L oben und an seinen Enden offen, kann alternativ aber auch an einem oder beiden Enden geschlossen ausgebildet sein.
Das beispielhaft gezeigte Metallhohlprofil 1 weist an seinem oberen offenen Bereich an beiden Seiten jeweils einen seitlich winkelförmig nach außen auskragenden ersten Befestigungsbereich 12 auf, in dem jeweils mehrere Bohrungen 13 angeordnet sind.
Der Metalldeckel 2 korrespondiert in ihren Abmessungen mit den Maßen des Metallhohlprofils 1 derart, dass er den Innenraum 11 des Metallhohlprofils 1 vollständig abdecken kann.
Zudem weist der Metalldeckel 2 an seinen beiden Längsseiten zweite Befestigungsbereiche 21 auf, in denen in der dargestellten Ausführungsform jeweils mehrere zweite Bohrungen 22 angeordnet sind. Die zweiten Bohrungen 22 korrespondieren in ihrer Anordnung mit der Anordnung der ersten Bohrungen 13. Durch die ersten Bohrungen 13 und die zweiten Bohrungen 22 können Schrauben oder Nieten zur Befestigung des Metalldeckels 2 an dem Metallhohlprofil 1 geführt werden. Die Anzahl der ersten Bohrungen 13 und der zweiten Bohrungen 22 kann dabei je nach Ausführungsform variieren. Alternativ kann die Befestigung des Metalldeckels 2 an dem Metallhohlprofil 1 durch Verkleben, Verschweißen oder Verklemmen erfolgen.
Die Materialdicke d des Metallhohlprofils 1 ist in der gezeigten Ausführungsform sowohl über den Umfang, als auch entlang der Längserstreckung L des Metallhohlprofils 1 gleichbleibend. Die Materialdicke d des Metallhohlprofils 1 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 1,5 mm. Das Metallhohlprofil 1 kann jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch wenigstens eine andere Materialdicke d aufweisen.
2 zeigt schematisch einen weiteren Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem in das unlackierte Metallhohlprofil 1 eine Innenkunststoffkomponente 3 eingebracht wurde.
Das Material der Innenkunststoffkomponente 3 wurde in der gezeigten Ausführungsform in den Innenraum 11 eingegossen. Alternativ kann das das Material der Innenkunststoffkomponente 3 auch in den Innenraum eingespritzt werden oder ein vorgefertigter Kunststoffkörper, der die Innenkunststoffkomponente 3 bildet, in den Innenraum 11 eingelegt oder eingepresst sein.
Da in der gezeigten Ausführungsform das verwendete Metallhohlprofil 1 an seinen Längsenden offen ist, kann das Metallhohlprofil 1 in einem Füllschritt zu dessen Befüllung mit dem Material der Innenkunststoffkomponente 3 in einer hier nicht gezeigten Gießform vorgesehen sein, sodass das ein in flüssiger Form in das Metallhohlprofil 1 eingebrachtes Kunststoffmaterial nicht an den offenen Längsenden des Metallhohlprofils 1 herausfließt. Nach Aushärtung des Kunststoffmaterials wird bei solchen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Metallhohlprofil 1 wieder aus der Gießform entnommen.
Wird das Material der Innenkunststoffkomponente 3 in das Metallhohlprofil 1 eingepresst, kann dieses während des Pressvorganges in einer Pressform vorgesehen sein, welche ebenfalls nach erfolgtem Einpressen des Materials der Innenkunststoffkomponente 3 wieder entfernt wird.
Das Material der Innenkunststoffkomponente 3 besteht in dem gezeigten Beispiel aus Polypropylen mit einer darin eingebrachten Endlosglasfaserverstärkung. Alternativ ist ein Verfüllen des Innenraums 11 mit einer Innenkunststoffkomponente 3 aus einem beliebigen anderen thermoplastischen Kunststoff mit einem beliebigen anderen Verstärkungsmaterial 31 denkbar. Es ist auch möglich, kein Verstärkungsmaterial 31 in das Kunststoffmaterial der Innenkunststoffkomponente 3 einzubringen.
Der Innenraum 11 des Metallhohlprofils 1 ist in dem in 2 dargestellten Schritt der betreffenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Innenkunststoffkomponente 3 vollständig ausgefüllt, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch nicht vollständig von der Innenkunststoffkomponente 3 ausgefüllt sein. In die Innenkunststoffkomponente 3 ist eine Vielzahl von Endlosglasfasern eingebettet, welche kraftflussgerecht, d. h. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur Längserstreckung L des Metallhohlprofils 1 orientiert sind.
Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Längsenden des Metallbauteils 10 offen sind, ist die Innenkunststoffkomponente 3 an diesen Längsenden nicht von dem Metallbauteil 10 umschlossen.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Verstärkungsmaterial 31, je nach Kraftfluss, der auf das auszubildende Karosserie- oder Kabinenteil einwirken wird, auch in einer anderen Orientierung oder wechselnder Orientierung oder sich in unterschiedlichen Lagen ändernder Orientierung in das Kunststoffmaterial der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente 3 eingebracht werden.
Die in dem gezeigten Ausführungbeispiel verwendete Endlosfaserverstärkung ist eine Glasfaserverstärkung. Zur Verstärkung der Innenkunststoffkomponente 3 können alternativ zu Endlosfasern auch Kurzfasern, Rovingabschnitte, textile Flächengebilde, oder Gitter in der Innenkunststoffkomponente angeordnet sein. Sowohl in Form von Endlosfasern, als auch in Form von Kurzfasern sind neben Glasfasern auch Carbonfasern, Basaltfasern, Textilfasern oder Naturfasern, wie beispielsweise Holzfasern oder Hanffasern, denkbar.
Die Innenkunststoffkomponente 3 weist eine Dicke D und eine Breite B auf. Die Länge der Innenkunststoffkomponente 3 korrespondiert mit der Längserstreckung L des Metallhohlprofils 1. Die Dicke D der Innenkunststoffkomponente 3 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 2,5 cm, die Breite B der Innenkunststoffkomponente 3 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 5 cm und die Länge L der Innenkunststoffkomponente 3 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 20 cm. In anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können einzelne oder mehrere dieser Abmessungen geringer oder höher sein.
Wie bereits in 1 ersichtlich weist das Metallhohlprofil 1 weist zwei seitlich auskragende erste Befestigungsbereiche 12 auf, in denen in der dargestellten Ausführungsform jeweils erste Bohrungen 13 angeordnet sind.
Der Metalldeckel 2 korrespondiert in ihren Abmessungen mit den Maßen des Metallhohlprofils 1 derart, dass sie den Innenraum 11 des Metallhohlprofils 1 vollständig abdecken kann. Zudem weist der Metalldeckel 2 zwei seitlich auskragende zweite Befestigungsbereiche 21 auf, in denen in der dargestellten Ausführungsform jeweils zweite Bohrungen 22 angeordnet sind. Die zweiten Bohrungen 22 korrespondieren in ihrer Anordnung mit den ersten Bohrungen 13. Durch die ersten Bohrungen 13 und die zweiten Bohrungen 22 können Schrauben oder Nieten zur Befestigung der Metalldeckel 2 an dem Metallhohlprofil 1 geführt werden. Die Anzahl der ersten Bohrungen 13 und der zweiten Bohrungen 22 kann dabei in anderen Ausführungsformen variieren. Ebenfalls kann die Befestigung alternativ durch Verkleben, Verschweißen oder Verklemmen erfolgen.
Die Materialdicke d des Metallhohlprofils 1 ist sowohl über den Umfang, als auch entlang der Längserstreckung L des Metallhohlprofils 1 gleichbleibend. Sie beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 1,5 mm.
3 zeigt schematisch einen nächsten Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem der Metalldeckel 2 auf das mit der Innenkunststoffkomponente 3 gefüllte Metallhohlprofil 1 aufgesetzt und mit diesem verbunden wurde.
Der Metalldeckel 2 liegt auf dem Metallhohlprofil 1 auf, sodass der Innenraum 11 des Metallhohlprofils 1 von dem Metalldeckel 2 abgedeckt wird. Der seitlich auskragende erste Befestigungsbereich 12 des Metallhohlprofils liegt dabei an dem zweiten Befestigungsbereich 21 der Metalldeckel 2 an, sodass durch die ersten Bohrlöcher, die hier nicht erkennbar sind, und die zweiten Bohrlöcher 22 Schrauben oder Nieten geführt werden können und das Metallhohlprofil 1 und der Metalldeckel 2 miteinander verbunden werden können. Die zur Verbindung genutzten Schrauben oder Nieten sind hier nicht dargestellt. Alternativ kann eine Verbindung durch Verkleben, Verschweißen oder Verklemmen erfolgen.
Der von dem Metalldeckel 2 und dem Metallhohlprofil 1 begrenzte Innenraum 11 des Metallbauteil 10 ist vollständig mit der Innenkunststoffkomponente 3 ausgefüllt, sodass die Innenkunststoffkomponente 3 umfangsseitig vollständig von dem Metalldeckel 2 und dem Metallhohlprofil 1 umschlossen ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind somit die beiden Längsenden des Metallbauteils 10 offen.
In 4 ist schematisch noch ein weiterer Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, in dem das mit der Innenkunststoffkomponente 3 gefüllte Metallhohlprofil 1 einschließlich des damit verbundenen Metalldeckels 2 mit einer Lack aufweisenden Beschichtung 8 versehen werden.
Die Beschichtung 4 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels kataphoretischer Tauchlackierung auf das Metallhohlprofil 1 und die damit verbundenen Metalldeckel 2 aufgetragen. Dazu wird das mit der Innenkunststoffkomponente 3 gefüllte Metallhohlprofil 1 einschließlich des damit verbundenen Metalldeckels 2 in ein Tauchbad 4 eingetaucht, welches einen elektrisch leitfähigen, wässrigen Tauchlack mit einem Bindemittel enthält, und mit einem negativen Spannungsanschluss 5 verbunden. Als Anode dient ein mit einem positiven Spannungsanschluss 6 verbundenes Edelstahlblech 7. Alternativ kann das Beschichtungsbecken direkt mit dem positiven Spannungsanschluss 6 kontaktiert werden. Bei einer angelegten Spannung von etwa 200 V bis 260 V erfolgt die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen des Bindemittels, wobei sich Partikel der Beschichtung 8 an der Außenoberfläche des Metallhohlprofils 1 und des damit verbundenen Metalldeckels 2 anlagern.
Im Anschluss an die Tauchlackierung wird in einem Temperprozess ein Aushärten der aufgetragenen Beschichtung 8 in einem Härteofen bei Temperaturen von mindestens 185 °C vorgenommen.
5 zeigt schematisch den Schritt des Temperprozesses dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem das mit der Innenkunststoffkomponente 3 gefüllte Metallhohlprofil 1 einschließlich des damit verbundenen Metalldeckels 2 und der auf das Metallbauteil 10 aufgebrachten Lack aufweisenden Beschichtung 8 getempert werden.
Dazu wird das mit der Innenkunststoffkomponente 3 gefüllte Metallhohlprofil 1 einschließlich des damit verbundenen Metalldeckels 2 und der aufgebrachten Lack aufweisenden Beschichtung 8 in einem Härteofen 9 bei einer Temperatur von wenigstens 180 °C getempert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das Tempern bei einer Temperatur von 200 °C. In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann das Tempern bei einer beliebigen Temperatur im Bereich von 180 °C bis 260 °C erfolgen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer, während der die Temperatur von 200 °C auf das mit der Innenkunststoffkomponente 3 gefüllte Metallhohlprofil 1 einschließlich des damit verbundenen Metalldeckels 2 und der aufgebrachten Beschichtung 8 einwirkt, 50 Minuten. In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Dauer eine beliebige Zeitspanne von mindestens 20 Minuten betragen.
Bei einer Dicke D der Innenkunststoffkomponente 3 von wenigstens 2,5 cm, einer Breite B der Innenkunststoffkomponente 3 von wenigstens 5 cm und eine Länge L der Innenkunststoffkomponente 3 von wenigstens 20 cm kann das Tempern mit einer Temperatur, die mindestens 200 °C beträgt für eine Dauer von wenigstens 50 Minuten erfolgen, ohne dass die Innenkunststoffkomponente 3 derart geschädigt wird, dass es für die spätere Nutzung des erfindungsgemäß hergestellten Karosserie- oder Kabinenteils von Relevanz ist.
So ist es unumgänglich, dass das Material der Innenkunststoffkomponente 3 dann, wenn, wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, die Längsenden des Metallbauteils 10 offen sind und somit die offenen Längsenden der Innenkunststoffkomponente 3 der Temperatur des Härteofens 9 zur Lackaushärtung ausgesetzt sind, dass diese Längsenden der Innenkunststoffkomponente 3 anschmelzen. Auch ist es möglich, dass das Material der Innenkunststoffkomponente 3 an seiner an eine Innenoberfläche des Metallbauteils 10 angrenzenden Außenoberfläche anschmilzt oder sogar beispielsweise geringfügig zwischen den ersten und den zweiten Befestigungsbereich 12, 21 fließt. Allerdings schmilzt bei dem Temperprozess mindestens 95 %, typischerweise mindestens 98 % der Länge L der Innenkunststoffkomponente 3 nicht. Auch die mechanischen Eigenschaften der Innenkunststoffkomponente 3 ändern sich trotz der hohen, in dem Härteofen 9 angewendeten Temperatur in wenigstens 95 %, typischerweise wenigstens 98 % des Volumens der Innenkunststoffkomponente 3 nicht.
Das Metallbauteil 10 schützt nämlich überraschenderweise die wenigstens eine darin liegende Innenkunststoffkomponente 3 während der Dauer des Temperprozesses vor der in dem Härteofen 9 vorliegenden Temperatur, sodass im Kern der Innenkunststoffkomponente 3 die Temperatur des Härteofens gar nicht ankommt. Beträgt beispielsweise die Temperatur in dem Härteofen 200 °C für eine Dauer von 50 Minuten, so beträgt die Temperatur im Kern der Innenkunststoffkomponente 3 höchstens 150 °C und liegt somit unter der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials der Innenkunststoffkomponente 3.
Je größer die Abmessungen der Innenkunststoffkomponente 3 sind, umso größer kann die Dauer des Temperprozesses und/oder die beim Temperprozess verwendete Temperatur sein, ohne dass es zu einer Beschädigung der Innenkunststoffkomponente 3 kommt.
6 zeigt schematisch ein mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes, erfindungsgemäßes Metallbauteil 10 in einer perspektivischen Querschnittsdarstellung.
Die Innenkunststoffkomponente 3 ist umfangsseitig vollständig von dem Metallhohlprofil 1 und der damit verbundenen Metalldeckel 2 umschlossen. Die an der Außenoberfläche von Metallhohlprofil 1 und Metalldeckel 2 aufgetragene Lack aufweisende Beschichtung ist nach dem Temperprozess zu einer gehärteten Lackbeschichtung 14 ausgehärtet.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Karosserie- oder Kabinenteils eines Pkw oder Nutzfahrzeuges, das ein wenigstens ein Metallhohlprofil (1) aufweisendes Metallbauteil (10) und wenigstens eine einen Innenraum (11) des wenigstens einen Metallhohlprofils (1) ausfüllende Innenkunststoffkomponente (3) mit einem Schmelzpunkt von höchstens 170 °C aufweist, wobei wenigstens eine Außenoberfläche des Metallbauteils (10) mit einer einen Lack aufweisenden Beschichtung (8) versehen und das Metallbauteil (10) mit dieser Beschichtung (8) in wenigstens einem bei wenigstens einer Temperatur, die mindestens 180 °C beträgt, ausgeführten Temperprozess getempert wird, bis der Lack vollständig ausgehärtet und/oder in eine Oberfläche des Metallbauteils (10) eingebrannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Temperprozess an dem mit der wenigstens einen Innenkunststoffkomponente (3) gefüllten Metallhohlprofil (1) ausgeführt wird, wobei das Metallbauteil (10) während des Temperprozesses die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente (3) wenigstens umfangsseitig vollständig umschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (10) aus dem wenigstens einen Metallhohlprofil (1) und wenigstens einem zumindest während des Temperprozesses damit verbundenen Metalldeckel (2) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metallhohlprofil (1) wenigstens einen seitlich auskragenden ersten Befestigungsbereich (12) aufweist, über den es zumindest während des Temperprozesses mit wenigstens einem an dem wenigstens einen Metalldeckel (2) vorgesehenen zweiten Befestigungsbereich (21) verbunden ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metallhohlprofil (1) wenigstens in einem Bereich, über den sich der wenigstens eine von der Innenkunststoffkomponente (3) ausgefüllte Innenraum (11) des wenigstens einen Metallhohlprofils (1) erstreckt, einen U-, V-, T-, Doppel-T-, L-, C- oder S-förmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente (3) aus wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff mit wenigstens einem darin eingebrachten Verstärkungsmaterial (31) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial (31) eine Endlosfaserverstärkung ist, die kraftflussgerecht in den wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff eingebracht wird und/oder eine Wirrfaserverstärkung ist, die gleichmäßig in den wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff eingebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Lack aufweisende Beschichtung (8) durch kataphoretisches Tauchlackieren oder durch elektrostatisches Lackaufsprühen auf das die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente (3) wenigstens umfangsseitig vollständig umschließende Metallbauteil (10) aufgebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Temperprozess wenigstens eine Temperatur, die mindestens 200 °C beträgt, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Temperprozess wenigstens eine Temperatur, die mindestens 200 °C beträgt, für eine Dauer von wenigstens 20 Minuten verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Innenkunststoffkomponente (3) wenigstens eine Dicke (D) von 2 cm und wenigstens eine Breite (B) von 2 cm und wenigstens eine Länge (L) von 10 cm aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (10) eine Materialdicke (d) von wenigstens 1 mm aufweist.
Karosserie- oder Kabinenteil eines Pkw oder Nutzfahrzeuges, das ein wenigstens ein Metallhohlprofil (1) aufweisendes Metallbauteil (10) und wenigstens eine einen Innenraum (11) des wenigstens einen Metallhohlprofils (1) ausfüllende Innenkunststoffkomponente (3) aufweist und mit einem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.