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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Fahrzeugaußenelementes,
insbesondere eines stromlinienförmig
gestalteten Elementes für
industrielle Fahrzeuge, auf welche sich die folgende Beschreibung
bloß beispielhaft
bezieht.
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Wie
bekannt ist, umfassen manche industrielle Fahrzeuge eine Zugfahrzeugkabine
und einen Anhänger
mit einer Vorderfläche,
die normalerweise größer als
jene der Kabine ist, so dass die Kabine mit einem Satz von stromlinienförmig gestalteten
Elementen oder sogenannten Spoilern zum Ablenken und Leiten der
Luft, wenn sich das Fahrzeug bewegt, ausgestattet werden muss.
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Bekannte
stromlinienförmig
gestaltete Elemente sind aus sogenanntem glasfaserverstärkten Kunststoff
hergestellt durch Formpressen einer Masse von Harz, insbesondere
Polyester, die mit Glasfasern getränkt ist. Aufgrund des Glasmaterials,
das im Harz in der Form von Fasern oder Fäden eingebettet ist, haben
bekannte stromlinienförmig
gestaltete Elemente vom obigen Typ einen hohen Grad an mechanischer
Stärke
und Starrheit, aber sind wegen des Glasmaterials, das im Harz eingebettet
ist, praktisch unmöglich
zu recyceln.
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Außerdem ist
die Außenfläche von
bekannten stromlinienförmig
gestalteten Elementen vom obigen Typ nach dem Formen wegen Bereichen
der Glasfasern, die der Länge
nach daraus hervorstehen, nicht perfekt glatt.
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Um
glatte lackierbare Flächen
zu erzielen, müssen
bekannte stromlinienförmig
gestaltete Elemente vom obigen Typ geschmirgelt werden, was Produktionszeit
und Kosten erhöht.
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Die
obigen bekannten Lösungen
haben außerdem
die Nachteile, dass sie Flächenrissbildungen unterworfen
sind und dass sie sich von den Fahrzeughalterungen lösen.
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Die
DE 44 29 627 offenbart ein
plattenförmiges
Bauteil, das aus zwei verbundenen Platten aus demselben Kunststoffmaterial
gebildet ist. Mindestens eine ist in eine Schale tiefgezogen, um
dem Hohlkörper
die Verstärkung
zu geben. Das Material für
die zwei Platten ist vorzugsweise Polypropylen. Im Herstellungsverfahren
des plattenförmigen
Bauteils wird eine Teppichschicht vor dem Tiefziehen im Boden der
Form platziert.
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Dieses
Dokument umfasst die Merkmale des Oberbegriffes des unabhängigen Anspruches
1.
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Die
FR 2116226 offenbart ein
plattenförmiges
Bauteil mit zwei Flachmaterialien. Eines der Flachmaterialien ist
gewälzt.
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Die
FR 2487705 bezieht sich
auf ein Verfahren zur Herstellung tiefgezogener Teile, insbesondere
für Karosserien
von Automobilen. Das Teil ist durch zwei Flachmaterialien gebildet,
die miteinander in Kontakt gebracht sind. Eines der Flachmaterialien ist
mittels einer Flüssigkeit
unter Druck tiefgezogen.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Fahrzeugaußenelementes
bereitzustellen, das so gestaltet ist, dass es eine einfache, billige
Lösung
für die
obigen Probleme bereitstellt und welches insbesondere dafür sorgt,
Außenelemente
zu erzielen, die relativ leicht sind und gleichzeitig starr genug,
dem Luftdruck zu widerstehen, der produziert wird, wenn sich das Fahrzeug
bewegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines stromlinienförmig gestalteten
Elementes oder eines Karosserieteils für Fahrzeuge wie in Anspruch
1 beansprucht bereitgestellt.
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Ein
nichtbeschränkendes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden, in welchen:
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1 eine
perspektivische Teilansicht eines Fahrzeugs zeigt, das eine Anzahl
von stromlinienförmig
gestalteten Elementen gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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2 mit
für die
Klarheit entfernten Teilen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des stromlinienförmig gestalteten
Elementes gemäß der Lehre der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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die 3 und 4 perspektivische
Schnittansichten in größerem Maßstab von
zwei Details der stromlinienförmig
gestalteten Elemente in den vorangehenden Figuren zeigen;
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die 5, 6 und 7 perspektivische schematische
Ansichten einer Folge von Schritten in der Bildung des Elementes
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigen;
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8 ähnlich zu
den 5 und 6 ist und eine Variation des
Verfahrens zum Herstellen des stromlinienförmig gestalteten Elementes
in den 5 und 6 zeigt;
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9 einen
Schnitt in größerem Maßstab eines
Details eines Karosserieteils zeigt, das gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
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Nummer 1 in 1 bezeichnet
als Ganzes ein industrielles Fahrzeug umfassend eine vordere Zugfahrzeugkabine 2 (teilweise
gezeigt) zum Ziehen einer hinteren Last oder eines Anhängers (nicht
gezeigt).
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Fahrzeug 1 ist
mit einem Satz 3 von stromlinienförmig gestalteten Elementen
zum Führen
des Luftflusses zwischen der Kabine 2 und dem Anhänger, wenn
sich das Fahrzeug bewegt, ausgestattet, um so den Luftwiderstand
des Fahrzeuges 1 zu verringern. Insbesondere umfasst der
Satz 3 zwei untere seitliche oder sogenannte seitliche
stromlinienförmig gestaltete
Elemente 6, die sich von der Kabine 2 längs beider
Seiten zwischen den Vorder- und Hinterrädern (nicht gezeigt) des Fahrzeuges 1 erstrecken; und
eine Anzahl von Elementen oder sogenannten Spoilern 7, 8 und 9,
die mit der Kabine 2 durch entsprechende Metallbefestigungsrahmen 10 (teilweise gezeigt)
verbunden sind. Das Element 7 bildet eine Verlängerung
des Daches 12 der Kabine 2; die Elemente 9 bilden
Verlängerungen
der Seitenteile 14 der Kabine 2, rotieren um entsprechende
vertikale Achsen (nicht gezeigt) und sind auch als seitliche stromlinienformbildende
Anhänge
bekannt; und die Elemente 8 erstrecken sich zwischen den
Elementen 7 und 9.
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich allein auf das Element 7,
wobei die anderen Elemente 6, 8 und 9 auf
dieselbe Weise hergestellt sind.
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Insbesondere
soll in der folgenden Beschreibung der Begriff "Element" oder "Außenelement" ein Element bedeuten,
das eine Außenfläche des
Fahrzeugs im Allgemeinen definiert. Das heißt, nicht nur Spoiler, sondern
auch Karosserieteile, welche die Außenkontur des Fahrzeugs definieren,
beispielsweise das Dach, Seitenteile, Seitentüren, festes hinteres Teil,
Staufachtür,
Haubenteil oder Aufklapp-("Dropdown")-Seitenteile.
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Bezugnehmend
auf 2 umfasst das Element 7 (teilweise gezeigt)
eine konturierte Haut oder Wand 21, die eine Verlängerung
der Außenkontur des
Fahrzeugs 1 bildet und durch eine stromlinienförmig gestaltete
Fläche
22 zum Ablenken und Führen des
Luftflusses definiert wird, wenn sich das Fahrzeug 1 bewegt,
und durch eine innere Fläche 23 gegenüber der
Fläche 22.
Das Element 7 umfasst außerdem eine konturierte Haut
oder Wand 24, die der Fläche 23 zugekehrt ist
und ihrerseits eine Anzahl von Rippen 30 umfasst, von denen
jede durch einen omegaförmigen
Bereich definiert wird, der auf der gegenüberliegenden Seite der Wand 21 hervorspringt.
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Die
Rippen 30 schneiden sich, um einen Rippenbereich oder eine
intermediäre
Verstärkungsstruktur 32 der
Wand 21 zu definieren und um, zusammen mit der Fläche 23,
ein geschlossenes Netzwerk von in Verbindung stehenden Kanälen 33 zu
definieren. Die Wand 24 umfasst außerdem eine Anzahl von intermediären Bereichen 34 zwischen
den Rippen 30 und welche komplementär in der Form zu jener der
Fläche 23 sind,
gegen die Fläche 23 anliegen,
und die integral mit der Wand 21 verbunden sind, zum Beispiel
mittels Klebematerial oder, wie in der Variation der 4,
mittels Bolzen 35 (nur einer gezeigt).
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In
der Variation der 4 erstreckt sich jeder Bolzen 35 durch
ein entsprechendes Loch 39 durch beide Wände 21, 24 hindurch
und umfasst einen Kopf 41, der längs der Fläche 22 angeordnet
und flach in der Form ist, um nicht die stromlinienförmigen Eigenschaften
der Fläche 22 zu
mindern.
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Bezugnehmend
auf 3 definieren zusätzlich zu den Kanälen 33 die
Wände 21, 24 außerdem zwischen
diesen eine Anzahl von Hohlräumen 43, von
welchen jeder eine entsprechende Platte 44 aufnimmt, die
mit den Wänden 21, 24 verklebt
ist und die einen Teil einer Befestigungsvorrichtung 45 bildet. Die
Vorrichtung 45 umfasst eine Anzahl von Schrauben 46 (nur
zwei gezeigt), die integral mit der Platte 44 verbunden
sind, zum Beispiel verschweißt,
und von denen sich jede durch ein entsprechendes Loch 47 in
der Wand 24 erstreckt, um die Platte 44 mittels nicht
gezeigter Muttern an einer Halterung 48 zu befestigen,
die mit einem Metallbefestigungsrahmen des Elementes 7 verbunden
ist.
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Die
Vorrichtung 45 umfasst außerdem eine Anzahl von elastischen
Elementen 49, die radial zwischen jeder Schraube 46 und
der Wand 24 angeordnet sind und axial zwischen der Wand 24,
der Halterung 48 und der Platte 44, und welche
im Gebrauch zur Kompensation jedes Unterschieds in thermischer Ausdehnung
des Elementes 7 und dem entsprechenden Metallrahmen sorgen.
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Die
Variation der 9 bezieht sich auf ein Karosserieteil 7a,
dessen Komponententeile durch Benutzung derselben Bezugszeichen
wie für
das Element 7 bezeichnet sind. Die Wand 24 hat
eine Fläche 50,
die sich auf der gegenüberliegenden
Seite der Fläche 22 erstreckt
und mit einer Bedeckung 51 bedeckt ist, die eine Fläche 50a aufweist,
die insbesondere das Passagierfach des Fahrzeuges 1 definiert
und unabhängig
von der Fläche 50 konturiert
ist.
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Die
Bedeckung 51 umfasst eine innere Lage 51b, die
mit der Wand 24 verbunden ist und aus schallaufnehmendem
oder schalldichtendem oder stoßaufnehmendem
Material hergestellt ist – vorzugsweise
Schaumstoffmaterial; und eine Lage 51a, welche die Fläche 50a definiert,
ist mit der Lage 51b verbunden, ist vorzugsweise zusammen
mit der Lage 51b geformt und ist aus Stoff oder Teppich
gefertigt. Alternativ ist die Lage 51a aus Polymermaterial
hergestellt, das üblicherweise
als Lederimitation bezeichnet wird, oder aus einem beliebigen anderen Material
zum Verbessern der Erscheinung der Fläche 50a.
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In
nicht gezeigten Variationen umfasst die Bedeckung 51 nur
eine der Lagen 51b, 51a oder ist teilweise von
der Wand 24 gelöst,
um weitere Hohlräume
im Element 7a zu bilden.
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In
weiteren nicht gezeigten Variationen definieren die Hohlräume 43,
die Kanäle 33 und/oder
jegliche Hohlräume
zwischen der Wand 24 und der Bedeckung 51 Passagen
für elektrische
Verdrahtung oder Rohrleitungen des Fahrzeuges 1 oder Gehäuse für innere
Lichter oder externe Anzeigelichter oder andere Vorrichtungen des
Fahrzeuges 1.
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In
einer weiteren nicht gezeigten Variation sind die Kanäle 33 und/oder
ihre Hohlräume 43 mit anderem
Material gefüllt,
zum Beispiel Waben, um die Elemente 7, 7a weiter
zu verstärken.
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Bezugnehmend
auf die schematischen 5, 6 und 7 ist
jede Wand 21, 24 von einem entsprechenden extrudierten
Flachmaterial 52 aus thermoplastischem Polymermaterial,
vorzugsweise einer polykarbonatbasierten Vermischung, oder kommerziell
als ABS oder ABS-ASA bekannten Materialien, geformt. Insbesondere
kann das letztere Material zumindest teilweise "als Ganzes" gefärbt sein,
das heißt
zumindest eine zusammen extrudierte Lage umfassen, die direkt oder
in ihrer internen Zusammensetzung Färbemittel umfasst.
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Nachdem
sie von einem entsprechenden Lager (nicht gezeigt) entnommen und
an entsprechenden Halterahmen (nicht gezeigt) angebracht worden sind,
werden die zwei Flachmaterialien 52 für eine gegebene Zeit bei einer
Temperatur von ungefähr
80 bis 100°C
durch eine Heizvorrichtung 54 (schematisch gezeigt) vorgeheizt
oder getrocknet, um jegliche während
des Lagerns aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.
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Die
zwei Flachmaterialien 52 werden dann entsprechenden thermoformenden
Stationen zugeführt,
derer nur eine, bezeichnet als 55, in 5 gezeigt
ist.
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Die
Station 55 nimmt eine Formpressvorrichtung auf, die eine
Form 56 und eine dazu passende Form 57 umfasst,
die entsprechende konturierte, im Wesentlichen komplementäre Formflächen 58 an
gegenüberliegenden
Seiten des Flachmaterials 52 aufweist, die auf eine Temperatur
von ungefähr
80 bis 180°C
in bekannter, nicht gezeigter Weise geheizt werden und die relativ
zueinander in einer Richtung A beweglich sind, die senkrecht zum
Flachmaterial 52 ist, um das Flachmaterial 52 dauerhaft
zu verformen.
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Die
Verformung von einem Flachmaterial 52 produziert eine halbfertige
Wand 24a, welche die Bereiche 34 und die Rippen 30 umfasst,
die entsprechende Nuten definieren, die schließlich die Kanäle 33 des
fertigen Elementes 7 definieren. Zur gleichen Zeit produziert
die Verformung des anderen Flachmaterials 52 eine halbfertige
Wand 21a, die durch Fläche 22 definiert
ist (6).
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Bezugnehmend
auf 6 werden vor dem Verbinden der Wände 24a und 21a die
Vorrichtungen 45 an der Wand 24a durch Einführen der
Platten 44 in die entsprechenden Hohlräume in der Wand 24a angebracht.
Die Wände 21a, 24a werden
dann einander zugekehrt angeordnet und integral miteinan der verbunden,
insbesondere durch Anwenden einer Lage von Klebematerial 61 an
den Bereichen 34 und den Platten 44 mittels einer
Klebstoffabgabeeinheit 62 (schematisch dargestellt), durch
Platzieren der Bereiche 34 in Kontakt mit der Fläche 23 und, schließlich, durch
Ausüben
eines Druckes F in bekannter Weise, nicht im Detail beschrieben,
so dass die Wände 21a und 24a aneinander
haften.
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Wie
in 7 gezeigt ist, wird ein Abfallbereich 64 von
den Wänden 24a und 21a durch
eine Schneideinheit 65 (schematisch gezeigt) entfernt, und
die fertige Kante 66 (gezeigt durch die Strichlinie) des
Elementes 7 zu erhalten. Alternativ können die Wände 21a, 24a geschnitten
werden, bevor sie verbunden werden.
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Um
die gewünschte
Farbe der Fläche 22 zu erhalten,
kann die Fläche 22 lackiert
werden, oder, wie gesagt, kann die Färbung zu Beginn erzielt werden,
indem Flachmaterialien 52 benutzt werden, die zumindest
teilweise "als Ganzes" gefärbt sind.
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Schließlich, falls
erforderlich, und wie in der Variation der 9 gezeigt
ist, wird zumindest ein Teil der Fläche 50 bedeckt, insbesondere
durch separates Bilden der Bedeckung 51 und Verbinden der Bedeckung 51 mit
den Wänden 21, 24,
zum Beispiel mittels Klebstoffes oder Anklickhaltevorrichtungen (nicht
gezeigt).
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In
der Variation der 8 werden die Flachmaterialien 52 an
einer einzelnen Station 71 durch Vakuumformen in entsprechenden
Formen 72, 73 thermogeformt, die entsprechende
konturierte Formflächen 74, 75 umfassen,
die Negative der Außenflächen des
Elementes 7 definieren und innere Kanäle 76 aufweisen (teilweise
gezeigt), die Einlassöffnungen
aufweisen, die in den Flächen 74, 75 geformt sind,
und Auslassöffnungen,
die mit einer Vakuumeinheit 77 (schematisch gezeigt) in
fluiddichter Weise verbunden sind.
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Wenn
die Flachmaterialien 52 geheizt werden und ein Vakuum von
der Einheit 77 erzeugt wird, verformen die Formen 72, 73 zunächst die
Flachmaterialien 52, um halbfertige Wände 21a, 24a zu
erzielen, und werden dann näher
in Richtung A zusammengebracht, um sich zu Wänden 21a, 24a zusammenzufügen, die,
beim gegenseitigen Kontaktieren, integral durch Verschmelzen ohne
Bedarf an Verkleben oder den Bolzen 35 miteinander verbunden
werden.
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Die
Abschnitte 64 werden dann abgeschnitten, die Fläche 22 wird
möglicherweise
lackiert und die Fläche 50 möglicherweise
bedeckt, und eines oder mehrere Befestigungselemente werden möglicherweise
an der Außenseite
des Elementes 7 anstelle von Vorrichtungen 45 angebracht,
um das Element 7 am Fahrzeug 1 anzubringen, zum
Beispiel an einem entsprechenden Befestigungsrahmen.
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Dadurch,
dass die Wand 24 zusammen mit der Wand 21 eine
Anzahl von relativ starren Hohl- oder Schalenbereichen definiert,
sorgt das beschriebene Verfahren zum Produzieren eines Elementes 7, das
keine glasfaserbasierten Materialien erfordert und das daher voll
recycelbar ist.
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Jede
beliebigen anderen Materialien in dem Hohlräumen 43 oder den Kanälen 33 und
das Material der Bedeckung 51 können auch von dem Polymermaterial
der Wände 21 und 24 getrennt
und auf einfache Weise recycelt werden.
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Das
Element 7 ist außerdem
extrem starr und kräftig
durch die Rippen 30, die in unterschiedlichen Richtungen
gebildet sind, um die Verstärkungsstruktur 32 zu
bilden.
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Das
thermoplastische Polymermaterial der Wände 24, 21 sorgt
für ein
Erzielen extrem leichtgewichtiger Elemente 7, 7a,
was insbesondere im Fall von Karosserieteilanwendungen vorteilhaft
ist.
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Das
Benutzen von Ausgangsmaterial in Flachmaterialform eliminiert den
Bedarf an komplexen, teuren Einheiten zum Einspritzen und Messen flüssigen Kunststoffmaterials
in Spritzformen. Vakuumformen ermöglicht es außerdem,
dass eine Thermoformstation 71 für beide Flachmaterialien 52 benutzt
werden kann, so dass das Verkleben eliminiert werden kann und so
die Kosten des Elementes 7 reduziert werden.
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Die
Konstruktionseigenschaften des Elementes 7 ermöglichen
es außerdem,
die Platten 44 zwischen die Wände 21, 24 einzuführen, ohne
Bedarf an irgendwelchen zusätzlichen
Befestigungselementen an der Außenseite
des Elementes 7, das daher extrem schnell und einfach zusammengebaut
wird.
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Klarerweise
können
Veränderungen
an dem Verfahren, wie es hierin beschrieben wurde, gemacht werden,
ohne jedoch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Insbesondere
können
die äußeren Elemente der
vorliegenden Erfindung an anderen Fahrzeugen als dem Fahrzeug 1 angebracht
sein.
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Das
thermoplastische Polymermaterial der Wände 21, 24 kann
ein anderes als dasjenige beispielhaft bezeichnete sein und/oder
die Wand 24 kann nur einen Teil der Fläche 23 der Wand 21 bedecken.
Insbesondere kann die Wand 24 durch eine Anzahl von separaten
konturierten Elementen definiert sein, die an der Wand 21 angebracht
sind, zum Beispiel durch eine Anzahl von Verstärkungsstreifen, die vorzugsweise
an den Befestigungen des Rahmens angeordnet sind, mit dem das Element
zu verbinden ist.