DE2910173A1

DE2910173A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von karosserieteilen

Info

Publication number: DE2910173A1
Application number: DE19792910173
Authority: DE
Inventors: Burkhart Dipl Ing Grob; Hannes Dipl Ing Lucas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE2910173C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Karosserieteilen
Die Lrfindung betrifft ein Verfahren zur herstellung von Karosserieteilen und ähnlichen, unregelmäßig geformten rauteilen in Sandwichbauweise sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte Karosserieteile.
ie rarosserieteile, mit denen sich die Erfindung beschäftigt, kennen Yarosserieteile von lrraftfahrzeugen sein, also beispielswewise Kotfügel, Motorhauben ode ähnliche Bauteile.
Die erfindung ist aber in gleicher Weise auch tei anderen Karosserieteilen anwendbar, beispielsweise bei Bauteilen von Flugzeugen oder booten. Auch können gemäss der Erfindung andere bauteile, die ähnlich unregelmäßig geformt sind, wie Karosserieteile, für beliebige Zwecke hergestellt werden.
Es ist bekannt, Karosserieteile der in Rede stehenden Art in 'andwichbauweise herzustellen. Die Sandwichbauweise wird vorzugsweise bei der herstellung der Eauteile in Kunststoff angewandt, um die besonderen Eigenschaften der verwandten Kunststoffe in optimaler Weise auszunützen. Dabei wird im allgemeinen zwischen zwei Außenschichten aus faserverstärktem Kunststoff eine mit den Außenschichten fest verbundene, aus einen; Schaumkunststoff bestehende Zwischenschicht angeordnet.
Die eine Außenschicht, die nachstehend als erste Außenschicht bezeichnet wird, bildet in cer Regel die Außen- oder Nicht fläche, während die andere Außenschicht, die nachstehend als zweite Außenschicht bezeichnet wird, in der Regel die Innenfitehe des betreffenden Eauteils bildet.
Die Sandwichbauweise wird deswegen angewandt, um den jeweiligen Bauteilen ein ausreichend hohes Widerstandsmoment zu verleihen, das sonst nur bei erheblichen Wandstärken erzielbar wäre, was aber gerade bei Karosseriebauteilen zu einem unvertretbaren hohen Gewicht und einem hohen Materialverbrauch führen würde.
Lei der Sandwichbauweise der beschriebenen Art wird teispielsweise bei der terstellullg von Bauteilen für Segelflugzeuge wie folgt vorgegangen.
In einer Form aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material, das ein exaktes Negativ des zu bildenden Teils darstellt, wird die erste Außenschicht als Laminat eingebracht. Dabei werden Gewebestreifen aus Glasfasern oder einen: anderen Faserwerkstoff in die Form eingelegt, naehdem zunächst die Form zur Erleichterung des Ausformens entsprechend vorbereitet und behandelt worden ist und gegebenenfalls auch zuerst eine Farbschicht eingebracht worden ist.
Der Kunststoff, mit den das Laminat getränkt wird, kann beisI,ielsweise ein Epoxydharz sein, wobei bezüglich der Aushärtezeit des aus zwei Komponenten gemischten Kunststoffes auf die Vorbereitungsdauer in der Form Rücksicht zu nehmen ist.
Ist die Außenschicht in die Form eingebracht, wird auf die Innenfläche der ersten Außenschicht der Schaumkunststoff aufgelegt, der entsprechend zugeschnitten und bearbeitet ist, um sich möglichst gut der in der Regel gewölbten Form des Sarosserieteils anzupassen. Es liegt auf der Hand, daß diese Anpassung des Schaumkunststoffes an die jeweilige Form des Karosserieteils nur in Grenzen möglich ist. Bei ebenen Flächen, die jedoch selten sind, bereitet die Anpassung keine Probleme. Eei Wölbungen, die abwickelbar sind und bei denen der Krümmungsradius groß genug ist, ist die Anpassung ebenfalls durchführbar. Eei Wblungen rrit kleineren Radius und insbesondere bei sphärischen Bauteilen steigt jedoch der Aufwand zur Vorbereitung des Schaumkunststoffes an die jeweilige Form so stark an, daß diese Bauweise wirtschaftlich nicht mehr vertretbar ist. Es wird dann häufig vorgezogen, diese Bauteile oder Teilbereiche von Bauteilen durch entspreciiende Verstärkung der ersten Außenschicht hinreichend zu versteifen.
Dies gilt beispielsweise bei der Herstellung von RUmpfen für Segelflugzeuge.
Ist die die Zwischenschicht bildende Schaumkunststoffschicht aufgebracht, wird ähnlich wie bei der ersten Außenschicht die zweite Außenschicht aufgebracht. Es wird also ein Laminat aufgebracht, bestehend aus Fasergewebeteilen, die mit einem aushärtbaren Kunststoff getränkt sind. Sowohl bei der ersten wie bei der zweiten Außenschicht muß auf eine gute Tränkung der eingelegten Faserscfiichten geachtet werden.
Um eine sichere Verbindung der drei Schichten der Sandwichbauweise zu erreichen, ist es anschließend notwendig, die drei Schichten mechanisch gegeneinander zu drücken. Die Verwendung einer entsprechenden Innenform verbietet sich hierbei, weil nur dann befriedigende Ergebnisse erhalten würden, wenn die Außenform und die Innenform in der Lage wären, die notwendigen hohen Drücke aufzubringen bzw. zu übertragen. Auch müßte die Stärke der Sandwichbauweise sehr exakt sein. Im allgemeinen wird daher auf die Innenschicht eine luftundurchlässige AUdecliung aufgelegt und es wird zwischen dieser Abdeckung und der Form ein Vakuum erzeugt, so daß der äußere Luftdruck alle Schichten zusammendrückt. Um auch sicher zu sein, daß die Luft aus dem Bereich der Zwischenschicht abgesaugt wird, ist es notwendig, die zweite Außenschicht mit Entlüftungsbohrungen zu versehen.
Während des Zusarninendrückens erfolgt durch Beheizung der Form die Aushärtung der Außenschichten und anschließend ist es möglich, das gefertigte Karosserieteil oder Flugzeugteil aus der Form auszuformen, so daß diese wieder verwendbar ist.
Der beschriebene herstellungsvorgang erfordert Stunden, dem die Aushärtezeit des nicht erwärmten Kunststoffes anzupassen ist und nur in Ausnahmefallen wird es möglich sein, eine Form mehr als einmal pro Arbeitstag zu beschicken.
Der Ausnützungsgrad der Form ist daher sehr gering und Überlegungen, diese Bauweise beispielsweise für Karosserieteile im Kraftfahrzeugwesen anzuwenden, scheitern an der Notwendigkeit der sehr hohen Zahl von Formen, des dadurch bedingten Platzbedarfes usw. . Es scheint, als ob die Sandwichbauweise unter Verwendung aushartbarer Kunsts-toffe nur zur herstellung von Karosserieteilen brauchbar ist, die in sehr kleinen Stückzahlen zu fertigen sind.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, die Arbeitsgeschwindigkeit und den Ausnützungsgrad der einzelnen Formen beträchtlich zu steigern, ohne dabei den Arbeitsaufwand in anderer Richtung zu vergrößern.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art und schlägt vor, daß auf die erste Außenschicht die Zwischenschicht aufgespritzt wird und daß auf diese Zwischenschicht, nachdem diese eine hinreichende Formbeständigkeit erreicht hat, die zweite, vorzugsweise die Innenfläche bildende Außenschicht aufgebracht wird.
Im Gegensatz bei der eingangs beschriebenen lerstellungsart bringt son;it die Erfindung nicht die Innenschicht, also den Schaumkunststoff als vorgefertigtes, verhältnismäßig steifes Eauelement in die ,Qandwichbauweise ein, sondern die Innenschicht wird im plastischen Zustand aufgespritzt und paßt sich ohne besondere Maßnahme der jeweiligen Gestalt der ersten Außenschicht an. Es ist klar, daß hierdurch der ganze Aufwand für das Einbringen der aus chaumkunststoff bestehender Zwischenschicht reduziert wird. Eine Vorbereitungszeit für diese Zwischenschicht entfällt völlig. Die Anpassung an komplizierte Formen bereitet keine Schwierigkeiten, es ist nur durch geeignete Mittel darauf zu achten, daß die Zwischenschicht jeweils annähernd ciz gewünschte Stärke besitzt, wobei die Stärke dieser Zwischenschicht auch durchaus veränderlich sein kann.
Insbesondere schlägt die Erfindung vor, daß die Zwischenschicht nach dem Aufspritzen aufschäumt und die zweite Außenschicht nach dem Aufschäumen aufgebracht wird. Es ist gefunden worden, daß diese Herstellungsart die besten Ergebnisse bringt. Mittels einer Spritzpistole wird beispielsweise Polyurethan-Schaumkunststoff aufgebracht, der kurz vor dem Bespritzen aus seinen Leiden Komponenten gemischt worden ist. Die Spritzpistole wird in geeigneter Geschwindigkeit entweder von Land oder auch maschinell über die Form geführt, wobei ähnlich wie beim Farbspritzen auch mehrfache Schichten übereinander gelegt werden können, so daß eine sehr gleichmäßige Schicht erhalten wird.
Auch Automaten, die nach einem bestimmten Programm die Eeschichtung aufbringen, wobei auch die Ausrichtung der Spritzpistole der Form anzupassen ist, können angewandt werden und es ist gefunden worden, daß auf diese Weise sehr befriedigende Ergebnisse erhalten werden.
Schon beim Eandspritzvorgang kann eine sehr gleichmäßige Schichthöhe erzielt werden und die Schwankungen der Schichtstärke können leicht in der Größenordnung eines Zehntels der Gesamtschichthöhe und geringer gehalten werden.
Gemäss der Erfindung wird dann auf diese aufgespritzte, aufgeschäumte Zwischenschicht die zweite Außenschicht aufgebracht, die dann in der Regel die Innenschicht des Karosserieteils bildet.
überraschenderweise hat sich bei der Erfindung folgendes herausgestellt.
Das Aufspritzen der aus Polyurethan-Schaum bestehenden Zwischenschicht auf die Außenschicht, die vorzugsweise noch nicht ausgehärtet ist, ergibt ohne besondere Maßnahmen eine absolut feste Verbindung der beiden Schichten untereinander. Es besteht keinerlei Cefahr eines Lufteinschlußes. Wegen des Aufschäumvorganges ergibt sich auch eine großflächige Kontaktstelle zwischen den benachbarten Schichten, die ausreichend in der Lage ist, die auftretenden SChubkräfte bei der Belastung des Bauteils zu übertragen.
Wird die zweite Außenschicht auf die Schaumschicht aufgebracht, ist die Schawnschicht zwar schon ausgehärtet, sie bildet aber ebenfalls eine ungestörte Fläche und ergibt eine sehr gute Flächenhaftung an der aufgebrachten zweiten Außenschicht, so daß auch in diese Bereich eine sichere Verbindung der beiden Schichten untereinander gewährleistet ist. Es ist daher bei der Erfindung nicht notwendig, nach dem Aufeinanderfügen der drei chichten einen Zusammendrückvorgang anzuwenden, um eine sichere Haftung zu gewährleisten.
Alle Maßnahmen, die bisher hier für notwendig waren, können entfallen.
Dadurch erreicht die Erfindung weiter eine nicht voraussehbare Beschleunigung beim ,erstellungsvorgang, was wiederum dazu führt, daß eine Sicherheit besteht, daß innerhalb einer bestimmten Zeit alle Arbeitsgänge abgeschlossen sind. Man kann daher Kunststoffe für die Außenschichten benützen mit einer Aushärtezeit, die sich nur nach Minuten bemißt, wobei die Aushärtezeit für die Zwischenschicht ohnehin weit unterhalb einer Minute liegt. Dadurch wird weiter erreicht, daß auch im Randbereich, wo die beiden Außenschichten in der Regel aufeinanderliegen, eine feste Verbindung der Außenschichten untereinander sicher gewährleistet ist.
enn auch bei der Erfindung gerade durch die mögliche schnelle Eerstellungsweise ohne besondere Maßnahmen eine sichere Haftung der einzelnen Schichten aneinander gewährleistet sein wird, schließt dies doch nicht aus, bei der Anwendung besonderer Kunststoffe zwischen den einzelnen Schichten auch Klebeschichten od. dgl. vorzusehen, ohne daß hierdurch das Wesen der Erfindung entscheidend verändert würde.
Die Außenschichten, die die Erfindung anwendet, können als Laminat herkömmlicher Ausgestaltung aufgebaut sein. Es können also cispielseise Gewebestreifen aus Glasfasergewebe in Kunststoff getränkt verarbeitet werden. Die Erfindung schließt auch die Verwendung von Kohlefasern und anderen Fasern ein.
Eesonders günstig wird das erfindungsgemasse Verfahren dann, wenn eine oder wenn beide Außenschichten im Faserspritzverfahren aufgebracht werden. eim Faserspritzverfahren wird beispielsweise in der Weise vorgegangen, daß Fasern, beispielsweise Textilglasroving einem Schneidwerk zugeführt werden, das die Fasern in Abschnitte unterteilt und daß diese Fasern dann durch Druckluft zusammen mit einer geeigneten zunstoff- vorzugsweise Kunstharzsprühvorrichtung bespritzt werden. Die Fasern lagern sich dann wirr in den Kunststoff ein und ergeben eine ähnliche Wirkung, wie die bekannten Fasergewebe . Zwar ist es in der Regel so, daß die Festigkeitswerte beim Faserspritzverfahren geringer sind, als beim herkömmlichen Verfahren des Verarbeitens von Gewebe.
Die Verminderung der Festigkeit ist jedoch in vielen Fällen durchaus hinnehmbar, wenn dazu die sonstigen Vorteile, insbesondere die Vorteile im Hinblick auf die Beschleunigung des Arbeitsablaufes berücksichtigt werden.
Insgesamt erreicht die Erfindung ein Verfahren, mit dem es möglich ist, Xarosseriebauteile, auch solche sehr komplizierter Form auf einfachem Wege herzustellen. Es ist nur notwendig, daß eine geeignete Negativform vorliegt, die aber leicht herstellbar ist, weil die Negativform bei der Erfindung praktisch keinerlei mechanischen Eeanspruchungen ausEesetzt wird. Die Negativform kann also beispielsweise aus Kunststoff geringer Festigkeit bestehen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine r4askenanordnung zum Aufspritzen der Zwischenschicht, von der die eine Maske auf dem Randbereich und/oder einem Zwischenbereich der ersten Außenschicht aufliegt, während die andere Maske in einem Abstand von der ersten Außenschicht angeordnet ist, um einen verlaufenden Randbereich der Zwischenschicht zu bilden, Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich leicht und ohne besonderen Aufwand die Randausbildung erreichen, die bei der Sandwichbauweise in der Regel erwünscht ist.
Es wird am Karosserieteil od.dgl. ein fester Rand verhalten, der die Verbindung mit anderen Elementen zuläßt und die Verbindung der Außen- und Innenschicht erhält eine solche Form., daß die äußeren Kräfte gut ein- und weitergeleitet werden.
Als Werkstoffe für das erfindungsgemässe Verfahren können die an sich bekannten Werkstoffe verwendet werden. Peispielsweise kann das Laminat der Außenschicht und Innenschicht durch die bekannten Fasern, also Glasfasern, Kohlefasern oder auch andere Fasern gebildet sein, die in einem Kunststoff bzw.
ttunstharz eingebettet sind. Hierbei findet beispielsweise Epoxydharz Verwendung oder auch Polyesterharz.
Die Aushärtezeit kann, wenn gewünscht, durch Wärmeeinwirkung beschleunigt werden.
Für die Zwischenschicht findet vorzugsweise Polyurethanschaum Vervendun>, der an sich bekannt ist.
Polyurethanschaum, der nach der Verarbeiten durch Spritzung aufschäumt ist bisher beispielsweise verwendet worden für die Abdichtung von Dächern. Die beiden romponentenv die nach der Veririschung miteinander reagieren, sind Polyol und Isocyanat. Diese Komponenten werden unter Druck und bei geeigneter Erwärmung der Spritzpistole zugeführt. Vor dem Austritt aus der Spritzpistole werden die Komponenten untereinander gemischt, so daß nach dem Auftreffen auf der Innenseite der Außenschicht sofort der Aufschäumvorgang beginnt.
In der Zeichnung ist schematisch eine Einzelheit der Erfindung dargestellt.
Die Negativform 7 wird vor dem Einbringen der ersten Außenschicht 5 in geeigneter Weise vorbereitet, so daß die Ausformung nach dem Ablauf aller Arbeitsgänge ohne Schwierigkeiten möglich ist. Es kann eine geeignete Farbschicht eingebracht werden, die dann die äußere Farbbeschichtung des Karosserieteiles od.dgl. bildet.
Nach entsprechender Vorbereitung wird das Laminat der ersten Außenschicht 5 aufgebracht. Die Aushärtezeit kann beispielsweise fünf Minuten betragen. In das noch feuchte Laminat wird die Zwischenschicht 3 eingesllritzt, und zwar mittels der Spritzeinrichtung 8, die entweder von Hand oder maschinell im Sinne des Doicpelpfeiles 9 geführt wird. Der Spritzeinrichtung 8 werden die beiden Komponenten des Polyurethanschaums durch die Rohrleitungen 10 und 11 zugeführt.
Die Maske 1 sorgt dafür, daß beim Aufspritzen der Zwischenschicht 3 der Randbereich 4 nicht vom Schaum belegt wird.
Die Maske 2 bringt einen verlaufenden Randbereich 6.
Nach dem Aufbringen und Aufsehäumen der Zwischenschicht 3 wird die Maskenanordnung 1,2 entfernt und die mit strichpunktierten Linien angedeutete zweite Außenschicht 12 aufgebracht, vorzugsweise in gleicher Weise wie die erste Außenschicht 5.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können in verschiedener Weise abgewandelt und weiterentwickelt werden. Wenn es in der Regel auch zu bevorzugen ist, das Aufschäumen nach dem Aufbringen auf die erste Außenschicht zu bewirken, so kann bei bestimmten Werkstoffen doch auch so vorgegangen werden, daß ein noch nicht erhärterter, plastischer Schaum aufgebracht wird, der nach einer gewissen Zeitspanne erhärtet.
Die Einschaltung von Streichvorgängen kann die Erreichung einer gewünschten Schichtstärke erleichtern.
In besonderen Fälle kann die Erreichung einer bestimmten Innenkontur am Karosserieteil wünschenswert sein, die sich nicht allein durch entsprechende Steuerung der Stärke der Zwischenschicht 3 erreichen läßt. Für diese Fälle ist es beispielsweise durchaus möglich, auf die zweite Außenschicht nochmals eine Schaumschicht aufzusetzen und diese durch eine weitere Außenschicht abzudecken, Auch die Einbettung von Peschlagteilen und deren ganze oder teilweise Überdeckung ist ohne weiteres durchführtar .
In der Regel wird die erste Außenschicht diejenige Schicht sein, die von außen sichtbar ist, während die zweite Außenschicht keine Sichtfläche besitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch angewandt werden, wenn es darum geht, Bauteile ohne äußere Sichtfl.ichen zu schaffen oder auch, wenn beide Außenschichten sichttar sind.
Leerselte

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Karosseieteilen un ähnlichen, unregelmäßig geformten Bauteilen in Sandwichbauweise, wobei zwischen zwei Außenschic aus faserverstärktem Kunststoff eine n.it den Außenschichten fest verbundene, aus einem Schaumkunststoff bestehende Zwischenschicht angeordnet ist und die erste, vorzugsweise die Außen- oder Siehtfläche bildende Außenschicht auf einer Form aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Außenschicht die Zwischenschicht aufgespritzt wird und daß auf diese Zwischenschicht, nachdem diese eine hinreichende Formbeständigkeit erreicht hat, die zweite, vorzugsweise die In fläche bildende Außenschicht aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht nach dem Aufspritzen aufschäumt und die zweite Außenschicht nach der Aufsehäumen aufgetracht wird.

Verfahren nach einen; oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder beide Außenschichten im Faserspritzverfahren aufgefracht werden.

b. Karosserieteil od. dgl. in Sandwichbauweise, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch bekennzeichnet, daß die aus Schaumkunststoff bestehende Zwischenschicht zwischen den beiden Außenschichten durch Spritzen und anschließendes Aufschäumen auf der ersten außenschicht aufgebraucht ist.

-. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen sder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Maskenanordnung (1,2) zum Aufspritzen der Zwischenschicht (3), von der die eine Maske (1) auf deir.

andbereich (4) und/oder einem Zwischenbereich der ersten Außenansicht (;) aufliegt, während die andere Maske (2) in einem Abstand von der ersten Außenschicht angeordnet ist, um einen verlaufenden Randbereich (6) der Zwischenschicht (3) zu bilden.