WO2015022063A1 - Verfahren zum herstellen eines selbsttragenden karosserieaussenteils - Google Patents

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WO2015022063A1
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Karl-Heinz Ilzhöfer
Peter Schmitz
Joachim Seidel
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Daimler Ag
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    • B29L2031/3055—Cars

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a self-supporting body outer part specified in the preamble of claim 1.
  • a generic method is known from DE 102010019956 A1, in which for producing a self-supporting body outer part, in particular for a motor vehicle, a made of an expanded polypropylene particle foam (EPP) reinforcing member is joined with an outer lining part.
  • EPP expanded polypropylene particle foam
  • the outer lining part is backfoamed directly with the reinforcing part produced from the expanded polypropylene particle foam.
  • foam backing no adhesion between the individual components was achieved because there is no welding of the opposite surfaces.
  • the outer lining part can be provided with molded ribs;
  • these molded ribs lead to marks in the visible side of the outer lining part, so that the required surface quality can not be ensured.
  • CONFIRMATION COPY are produced and only then the reinforcing member is joined to the outer trim part.
  • a subsequent joining process takes place in which the reinforcing part is joined to the outer covering part.
  • the method according to the invention moreover, a weight saving on the body outer part in the range of about 50% compared to conventional body exterior parts can be achieved, in which the reinforcing member has been produced by conventional injection molding technology.
  • the invention not only allows backing / stiffening conventional injection or metal parts, but allows a significant reduction in the wall thickness of the outer trim part over conventional exterior trim parts.
  • the outer lining part can be weakened conscious and the lost stiffness thereby be brought in by the EPP stiffening part.
  • the provision of the reinforcing part made of the expanded polypropylene particle foam also achieves improved thermal insulation and an improvement in the acoustic properties of the self-supporting body outer part.
  • the method according to the invention extended constructive possibilities with regard to the design of the body outer part.
  • a geometric limitation of the body outer part due to no longer necessary injection molding or pressing process which particularly homogeneous and thin wall thicknesses can be achieved deleted.
  • a functional integration can be achieved by, for example, stiffening ribs are provided on the reinforcing member, which - unlike conventional methods - not appear on the surface of the body outer part, whereby a high surface quality of the body outer part can be achieved.
  • the body outer part with improved creep behavior and improved performance.
  • the reinforcing effect by the reinforcing member is not limited solely to an elastic bedding of the outer lining part, but the bending and torsional rigidity of the entire self-supporting body outer part is considerably increased by the reinforcing member.
  • the outer lining part is supported substantially over the entire area with the reinforcing member.
  • the outer cladding part is backfilled almost over the entire area with the reinforcing part formed from the expanded polypropylene particle foam.
  • the reinforcing member can also be joined only partially or locally with the outer trim part.
  • the transition region should not be reflected in the outer surface of the outer trim part, because this would result in a reduction of the surface quality.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a film is attached to a surface of the reinforcement part, which lies outside the joining region between reinforcing part and outer lining part, welded locally, an injection molded part or the joining surface is compacted by a thermal process to a film-like skin.
  • a film is attached to a surface of the reinforcement part, which lies outside the joining region between reinforcing part and outer lining part, welded locally, an injection molded part or the joining surface is compacted by a thermal process to a film-like skin.
  • the force introduction line in the region of a surface of the reinforcing member, which is outside the joining region between reinforcing member and outer lining part, reinforcing fibers and / or at least one injection molded part are arranged with a thread.
  • the incorporation of the reinforcing fibers can already take place during a corresponding shaping process of the reinforcing part.
  • Reinforcing fibers can be used in particular self-reinforced polypropylene fibers; As a like-plastic these have the advantage of ensuring a particularly good connection between the material of the reinforcing member and the reinforcing fibers and to allow easy recycling of the reinforcing member.
  • the reinforcing member is glued to the outer lining part, welded or joined by heat sealing. Depending on the material of the outer lining part while the matching joining process can be selected.
  • the outer lining part is made of a metallic material, a plastic or a fiber-reinforced plastic with a small wall thickness.
  • the outer lining part can be produced for example as a molded part. If this injection-molded part has a very small wall thickness ( ⁇ 1 mm), it is advisable to connect the injection-molded part directly to the injection part (the mold half of the injection-molding tool which forms the Class A surface) after opening the molding tool with the reinforcement part in order to prevent damage to the part thin-walled injection molded part in the course of handling to avoid.
  • the outer lining part can be produced, for example, by a corresponding shaping process or else by a suitable die casting process. Again, it may be advantageous to leave the outer lining part in the corresponding mold half of the production tool and to add in this tool with the reinforcing member.
  • the reinforcing member is joined before painting the exterior trim part with this. This can be avoided on the one hand damage to the paint of the outer trim part and on the other hand, an improved joining effect between the reinforcing member and the outer trim part can be achieved.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a self-supporting
  • a body exterior for a motor vehicle comprising an exterior trim panel and a reinforcement member attached thereto;
  • Fig. 2 is a schematic side view of the reinforcing member, wherein the
  • Reinforcing part is provided on a surface facing away from the outer lining part with a film, and
  • Fig. 3 is a schematic side view of the inserted into a component receptacle outer lining part and to be joined with this reinforcing part during a joining process by means of microwaves.
  • a generally designated 10 self-supporting body outer part for a motor vehicle is shown in a schematic side view in Fig. 1.
  • the self-supporting body outer part 10 comprises an outer lining part 12 and a reinforcing part 14.
  • the reinforcing part 14 is first produced from an expanded polypropylene particle foam.
  • the outer lining part 12 is also produced in a separate manufacturing step, wherein only then the reinforcing member 14 is joined to the outer lining part 12.
  • the outer covering part 12 is supported or backfilled substantially over the entire area with the reinforcing part 14.
  • the outer lining part 12 can be made by means of an injection molding process of a plastic or of a fiber-reinforced plastic, wherein a wall thickness 16 of the outer lining part 12 is as low as possible.
  • the outer lining part 12 may also be made of a metallic material, for example of aluminum.
  • the outer trim part 12 be prepared for example by a corresponding forming process or for example by a corresponding die-casting process.
  • a thin-walled injection-molded part or thin-walled metal part is used as the outer lining part 12, then it is advisable to leave this component in the associated molding tool, while the joining process is carried out with the reinforcing part 14; In this way, a handling of the thin-walled outer trim part 12 is avoided and it is ensured that the mold, which images the desired outer contour of the outer trim part 12, this protects and supports during the joining process.
  • an essential aspect in the production of the outer lining part 12 is that a surface 20 of the outer lining part 12, which is a visible part, has a particularly good surface quality.
  • the relatively sensitive surface 20 may suffer no damage or permanent deformation in the manufacture of the outer trim part 12 and also in the production of the entire self-supporting body outer part 10.
  • the reinforcing member 14 is therefore also mounted on the not yet painted exterior trim part 12, so that the parts 12, 14 joined together can then pass through a corresponding paint shop.
  • the reinforcing member 14 not only a simple elastic bedding of the outer trim part 12 is achieved. Rather, the bending and torsional stiffness of the outer trim part 12 and thus also of the entire body outer part 10 is thereby improved.
  • the so-called heat sealing for joining the outer lining part 12 to the reinforcing part 14 is suitable.
  • a heat-sealable plastic which adheres to the polypropylene particle foam, applied to a corresponding surface 22 of the outer lining part 12.
  • the plastic serves as a bonding layer, in which case a polypropylene copolymer is used.
  • a polypropylene copolymer is used.
  • aluminum foils which are provided with a polypropylene-based adhesive layer, which melts when heated.
  • the connecting layer formed from the plastic must have a melting range matched to the particle foam of the reinforcing part 14.
  • Skillful here is in particular to exploit the thermal conductivity of the metallic material of the outer lining part 12 and, for example, after a sheet metal forming, optionally in one heated tool a last drawing stage analogous to a thin-wall injection molding process to install a corresponding hot stamp on the surface 20 and the reinforcing member 14 with relatively little force to prevent collapse of the foam of the reinforcing member 14, press on the immediately fused plastic layer of the outer lining part 12.
  • the Metallterrorismst Zi must not damage the metallic surface 22.
  • the outer lining part 12 is fully supported in this joining operation of the tool to prevent unwanted deformations of the outer trim part 12.
  • the tool can be provided with a vacuum device in order to reliably suck the outer surface 20 of the outer lining part 12 against the tool surface and in this way ensure that the outer lining part 12 rests flat on the tool surface and a good, uniform heat transfer is ensured.
  • the wall thickness of the metallic outer lining part 12 is advantageously between a few tenths of a millimeter and a millimeter. With thin wall thicknesses of the outer trim part 12, a further (final) shaping of the outer trim part 12 may take place when the reinforcing part 14 is pressed on; At the same time, cooling of the outer covering part 12 and thus adhesion of the outer covering part 12 to the reinforcing part take place by pressing on the cool reinforcing part 14. The subsequent painting process must then be adapted to the low temperature resistance of the foam of the reinforcing member 14. Thus, cathodic dip painting is usually no longer possible in this case.
  • the component 10 is a composite structure with two individual elements 12, 14 made of different materials with different thermal expansion coefficients.
  • the outer covering part 12 expands more strongly than the reinforcement part 14, which leads to stresses between these individual elements 12, 14.
  • the outer lining part 12 must have a higher rigidity than the reinforcing member 14; This can be achieved by a suitable structural design and / or a suitable choice of material of the outer trim part 12.
  • the outer covering part 12 is a plastic part or a fiber-reinforced plastic part, it is possible, for example, to bond the individual parts 12, 14 together.
  • the reinforcing member 14 may, if necessary, be subjected to a corresponding surface treatment to improve an adhesive adhesion, for example, a full-surface application of a suitable adhesive can be carried out. Subsequently, the reinforcing member 14 is joined to the outer lining part 12 and the adhesive cured.
  • reinforcing member 14 and outer panel 12 consist of similar or mutually weldable plastics
  • a welding of the reinforcing member 14 can be carried out with the outer panel part 12.
  • the polypropylene particle foam of the reinforcing member 14 may be formed laser-transparent. In this case, a full-surface welding of the reinforcing member 14 with the outer lining part 12 by the polypropylene particle foam material of the reinforcing member 14 therethrough.
  • the material of the outer lining part 12 may be formed laser-transparent, in which case also a full-surface welding by means of a laser beam, but then through the material of the reinforcing member 12 therethrough, can take place.
  • the joining of the reinforcement part 14 to the outer covering part 12 can be effected inductively.
  • a film 24 is inserted, which contains magnetically excitable particles.
  • high-frequency welding microwave radiation
  • an electrically conductive film 24 is inserted on the joining surface 22 between the reinforcement part 14 and the outer covering part 12. In both cases, the irradiated electromagnetic field in those areas of the joining surface 22, in which the film 24 is located, causes a heating, which leads to the fusing of the components 12, 14.
  • the outer covering part 12 consists of a deep-drawn, coextruded film, the uppermost (the joining surface 22 adjacent) layer is formed by the film 24.
  • FIG. 3 shows the microwave joining of the reinforcement part 14 to the outer covering part 12 in a schematic exploded view.
  • both the outer covering part 12 and the reinforcing part 14 are made of a non-conductive material.
  • the outer covering part 12 is held during the joining in a component receptacle 30 which consists of a material that is transparent to microwaves (eg plastic, foam, ceramic, etc.) and whose surface 32 facing the outer covering part 12 corresponds to the surface contour 20 of the outer covering part 12.
  • the outer lining part 12 is thus held over the entire surface in the component receptacle 30 in order to stabilize it during the joining process.
  • the electrically conductive film 24 is placed, then the reinforcing member 14, so that the electrically conductive film 24 is clamped between the outer panel member 12 and reinforcing member 14.
  • the film 24 may be preformed (eg deep-drawn) to adapt it to the contour of the surface 22 and to avoid drapery, strains, etc.
  • the film 24 should have a minimum thickness of about 0.1 mm.
  • the electrically conductive film 24 is heated, gets a doughy consistency and enters into a covalent bond with the outer covering part 12 and the reinforcing part 14.
  • the microwave field 40 should be as uniform as possible.
  • the heating of the film 24 must correspond to the welding temperatures of the joining partners; In particular, the film must build up adhesion to the polypropylene of the reinforcing member 14.
  • the film 24 may consist of a polyolefin (PE, SEBS, etc.) provided with a conductive granulate (e.g., carbon black).
  • a textile or fabric of conductive fibers e.g., a conductive polypropylene or conductive polyamide fabric which melts under the action of microwave radiation may also be incorporated.
  • the conductive film 24 is shown as a separate element which is inserted between the outer covering part 12 and reinforcing member 14, the film can also firmly connected to one of the two parts 12, 14, in particular printed or punctiform, strip-shaped, grid-shaped or glued over the entire surface.
  • a coextruded film is used as the outer lining part 12, then (at least) one of the layers of the coextrudate may be electrically conductive and the layer of the coextrudate of the low melting point adjacent to the surface 22 may be electrically conductive Material exist, so that the electrically conductive film 24 is already integrated into the outer lining part 12 and can be dispensed with an additional film.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the reinforcement part 14 made of the polypropylene particle foam.
  • a film 26 is attached to a surface 28 facing away from this joining surface 22.
  • an injection molded part not shown here, can be welded on or the surface 28 can be compacted by a thermal process into a foil-like skin. In this way, the surface 28 is protected and / or the rigidity of the body outer part 10 is increased.
  • reinforcing fibers can already be arranged or introduced during the production of the reinforcing member 14.
  • one or more injection-molded parts for example with a correspondingly provided thread, can preferably be arranged on the surface 28, so that the reinforcement part 14 can be attached to corresponding body structures of a motor vehicle in a particularly simple manner.
  • a particularly lightweight body outer part 10 can be produced, which also has a particularly high surface quality with particularly good mechanical properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden Karosserieaußenteils (10), insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein aus einem expandierten Polypropylen-Partikelschaumstoff hergestelltes Verstärkungsteil (14) mit einem Außenverkleidungsteil (12) des Karosserieaußenteils (10) gefügt wird, wobei das Verstärkungsteil (14) und das Außenverkleidungsteil (12) zuerst in separaten Fertigungsschritten hergestellt werden und erst danach das Verstärkungsteil (14) mit dem Außenverkleidungsteil (12) gefügt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden Karosserieaußenteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden Karosserieaußenteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 102010019956 A1 bekannt, bei welchem zum Herstellen eines selbsttragenden Karosserieaußenteils, insbesondere für einen Kraftwagen, ein aus einem expandierten Polypropylen-Partikelschaumstoff (EPP) hergestelltes Verstärkungsteil mit einem Außenverkleidungsteil gefügt wird. Das Außenverkleidungsteil wird dabei mit dem aus dem expandierten Polypropylen- Partikelschaumstoff hergestellten Verstärkungsteil direkt hinterschäumt. Bei einem solchen Hinterschäumen wurd allerdings keine Haftung zwischen den Einzelbauteilen erzielt, weil keine Verschweißung der gegenüberliegenden Oberflächen stattfindet. Um eine formschlüssige Verbindung des EPP-Bauteils mit eine Außenverkleidungsteil aus Kunststoff zu erreichen, kann das Außenverkleidungsteil mit angespritzten Rippen versehen werden; diese angespritzten Rippen führen jedoch zu Abzeichnungen in der Sichtseite des Außenverkleidungsteils, so dass die geforderte Oberflächenqualität nicht sichergestellt werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchem das Gewicht eines selbsttragenden Karosserieaußenteils reduziert und gleichzeitig eine besonders gute Oberflächengüte des Karosserieaußenteils sichergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um das Gewicht eines selbsttragenden Karosserieaußenteils zu reduzieren und gleichzeitig eine besonders gute Oberflächengüte des Karosserieaußenteils sicherzustellen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das Verstärkungsteil und das Außenverkleidungsteil zuerst in separaten Fertigungsschritten
BESTÄTIGUNGSKOPIE hergestellt werden und erst danach das Verstärkungsteil mit dem Außenverkleidungsteil gefügt wird. Im Unterschied zu dem aus der DE 102010019956 A1 bekannten Verfahren erfolgt erfindungsgemäß also ein nachträglicher Fügevorgang, bei welchem das Verstärkungsteil mit dem Außenverkleidungsteil gefügt wird. Durch die erfindungsgemäße Trennung der einzelnen Fertigungsschritte der Herstellung des Verstärkungsteils und des Außenverkleidungsteils können insbesondere das Schwindungsverhalten des Polypropylen-Partikelschaumstoffs des Verstärkungsteils und die Einhaltung entsprechender Maßtoleranzen des Verstärkungsteils im Zuge der erfindungsgemäßen Einzelteilfertigung wesentlich besser beherrscht werden. Die Schwindung des aus dem Polypropylen-Partikelschaumstoff hergestellten Verstärkungsteils kann dabei im gefügten Zustand nicht mehr zu Eigenspannungen und gegebenenfalls auch zu einem Verzug und zu einer Oberflächenwelligkeit an dem Außenverkleidungsteil führen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus eine Gewichtseinsparung an dem Karosserieaußenteil im Bereich von ca. 50 % gegenüber herkömmlichen Karosserieaußenteilen erzielt werden, bei welchen das Verstärkungsteil mittels konventioneller Spritzgusstechnologie hergestellt worden ist. Die Erfindung ermöglicht nämlich nicht nur ein Hinterfüttern/Versteifen konventioneller Spritzguss- bzw. Metallteile, sondern ermöglicht eine erhebliche Reduktion der Wandstärke des Außenverkleidungsteils gegenüber herkömmlichen Außenverkleidungsteilen. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit das Außenverkleidungsteil bewuss geschwächt werden und die dabei verlorene Steifigkeit durch das EPP- Versteifungsteil hereingeholt werden.
Durch das Vorsehen des aus dem expandierten Polypropylen-Partikelschaumstoff hergestellten Verstärkungsteils werden zudem eine verbesserte Wärmedämmung und eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften des selbsttragenden Karosserieaußenteils erzielt. Zudem ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren erweiterte konstruktive Möglichkeiten im Hinblick der Gestaltung des Karosserieaußenteils. Insbesondere entfällt eine geometrische Limitierung des Karosserieaußenteils aufgrund nicht mehr notwendiger Spritzguss- beziehungsweise Pressverfahren, wodurch besonders homogene und dünne Wandstärken erzielt werden können. Zusätzlich lässt sich eine Funktionsintegration erreichen, indem beispielsweise Versteifungsrippen auf dem Verstärkungsteil vorgesehen werden, die sich - im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren - nicht auf der Oberfläche des Karosserieaußenteils abzeichnen, wodurch eine hohe Oberflächenqualität des Karosserieaußenteils erreicht werden kann. Darüber hinaus wird eine erhöhte Steifigkeit des Karosserieaußenteils mit einem verbesserten Kriechverhalten und einem verbesserten Schlagverhalten erzielt. Gegebenenfalls kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auch auf schlagzähmodifizierte Polymermaterialien verzichtet werden, was zu entsprechenden Kosteneinsparungen führt. Die Verstärkungswirkung durch das Verstärkungsteil beschränkt sich dabei nicht alleine auf eine elastische Bettung des Außenverkleidungsteils, vielmehr wird durch das Verstärkungsteil auch die Biege- und Torsionssteifigkeit des gesamten selbsttragenden Karosserieaußenteils erheblich erhöht.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Außenverkleidungsteil im Wesentlichen vollflächig mit dem Verstärkungsteil abgestützt wird. Mit anderen Worten wird das Außenverkleidungsteil nahezu vollflächig mit dem aus dem expandierten Polypropylen-Partikelschaumstoff ausgebildeten Verstärkungsteil hinterfüttert. Dadurch kann eine besonders hohe Steifigkeit bei dem selbsttragenden Karosserieaußenteil erzielt werden. - Alternativ kann das Verstärkungsteil auch nur partiell bzw. lokal flächig mit dem Außenverkleidungsteil gefügt werden. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass sich der Übergangsbereich nicht im in der Außenoberfläche des Außenverkleidungsteils abzeichnen sollte, weil dies eine Verminderung der Oberflächenqualität zur Folge hätte.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass an einer Oberfläche des Verstärkungsteils, die außerhalb des Fügebereichs zwischen Verstärkungsteil und Außenverkleidungsteil liegt, eine Folie angebracht, lokal ein Spritzgussteil aufgeschweißt oder die Fügefläche durch einen thermischen Prozess zu einer folienartigen Haut verdichtet wird. Auf diese Weise kann die dem Außenverkleidungsteil abgewandte Rückseite des Verstärkungsteils geschützt und/oder stabilisiert werden. Weiterhin kann auf diese Weise die Steifigkeit des gesamten Karosserieaußenteils erhöht werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Kraftein leitung im Bereich einer Oberfläche des Verstärkungsteils, die außerhalb des Fügebereichs zwischen Verstärkungsteil und Außenverkleidungsteil liegt, Verstärkungsfasern und/oder zumindest ein Spritzgussteil mit einem Gewinde angeordnet werden. Die Einlagerung der Verstärkungsfasern kann dabei bereits während eines entsprechenden Formgebungsprozesses des Verstärkungsteils erfolgen. Durch die Verstärkungsfasern und/oder durch das entsprechende Spritzgussteil mit zumindest einem Gewinde kann eine besonders gute Krafteinleitung in das Verstärkungsteil und somit auch in das selbsttragende Karosserieaußenteil ermöglicht werden. Als Verstärkungsfasern können insbesondere eigenverstärkte Polypropylenfasern verwendet werden; als artgleicher Kunststoff haben diese den Vorteil, eine besonders gute Verbindung zwischen dem Werkstoff des Verstärkungsteils und den Verstärkungsfasern zu gewährleisten und ein einfaches Recycling des Verstärkungsteils zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verstärkungsteil an das Außenverkleidungsteil angeklebt, angeschweißt oder durch Heißsiegeln gefügt wird. Je nach Material des Außenverkleidungsteils kann dabei das passende Fügeverfahren ausgewählt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Außenverkleidungsteil aus einem metallischen Werkstoff, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff mit einer geringen Wandstärke hergestellt wird. Im Falle eines Kunststoffs oder faserverstärkten Kunststoffs kann das Außenverkleidungsteil dabei beispielsweise als Spitzgussteil hergestellt werden. Hat dieses Spritzgussteil eine sehr geringe Wandstärke (< 1 mm), dann empfiehlt es sich, das Spritzgussteil direkt im Spritzgussgesenk (derjenigen Formhälfte des Spritzgußwerkzeuges, die die Class A Oberfläche ausbildet) nach dem Öffnen des Formwerkzeuges mit dem Verstärkungsteil zu verbinden, um Schädigungen des dünnwandigen Spritzgussteils im Zuge des Handlings zu vermeiden. - Bei einem metallischen Werkstoff kann das Außenverkleidungsteil beispielsweise durch ein entsprechendes Umformverfahren oder auch durch ein entsprechend dafür geeignetes Druckgussverfahren hergestellt werden. Auch hier kann es vorteilhaft sein, das Außenverkleidungsteil in der entsprechenden Formhälfte des Herstellungswerkzeugs zu belassen und in diesem Werkzeug mit dem Verstärkungsteil zu fügen.
Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verstärkungsteil vor einer Lackierung des Außenverkleidungsteils mit diesem gefügt wird. Dadurch können zum einen Beschädigungen an der Lackierung des Außenverkleidungsteils vermieden und zum anderen auch eine verbesserte Fügewirkung zwischen dem Verstärkungsteil und dem Außenverkleidungsteil erzielt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf ein selbsttragendes
Karosserieaußenteil für einen Kraftwagen, welches ein Außenverkleidungsteil und ein an dieses angebrachtes Verstärkungsteil umfasst;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht auf das Verstärkungsteil, wobei das
Verstärkungsteil an einer dem Außenverkleidungsteil abgewandten Oberfläche mit einer Folie versehen ist, und
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht auf das in eine Bauteilaufnahme eingelegte Außenverkleidungsteil und das mit diesem zu fügende Verstärkungsteil während eines Fügeprozesses mittels Mikrowellen.
Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes selbsttragendes Karosserieaußenteil für einen Kraftwagen ist in einer schematischen Seitenansicht in Fig. 1 gezeigt. Das selbsttragende Karosserieaußenteil 10 umfasst dabei ein Außenverkleidungsteil 12 und ein Verstärkungsteil 14. Beim Herstellen des selbsttragenden Karosserieaußenteils 10 wird dabei zunächst das Verstärkungsteil 14 aus einem expandierten Polypropylen- Partikelschaumstoff hergestellt. Das Außenverkleidungsteil 12 wird ebenfalls in einem separaten Fertigungsschritt hergestellt, wobei erst danach das Verstärkungsteil 14 mit dem Außenverkleidungsteil 12 gefügt wird. Wie zu erkennen, wird das Außenverkleidungsteil 12 im Wesentlichen vollflächig mit dem Verstärkungsteil 14 abgestützt beziehungsweise hinterfüttert.
Das Außenverkleidungsteil 12 kann dabei mittels eines Spritzgussverfahrens aus einem Kunststoff oder auch aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt werden, wobei eine Wandstärke 16 des Außenverkleidungsteils 12 möglichst gering ist. Alternativ kann das Außenverkleidungsteil 12 auch aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt werden. In diesem Fall kann das Außenverkleidungsteil 12 beispielsweise durch ein entsprechendes Umformverfahren oder auch beispielsweise durch ein entsprechendes Druckgussverfahren hergestellt werden. Wird als Außenverkleidungsteil 12 ein dünnwandiges Spritzgussteil oder dünnwandiges Metallteil verwendet, dann empfiehlt es sich, dieses Bauteil im zugehörigen Formwerkzeug zu belassen, während der Fügeprozess mit dem Verstärkungsteil 14 durchgeführt wird; auf diese Weise wird ein Handling des dünnwandigen Außenverkleidungsteils 12 vermieden und es wird sichergestellt, dass das Formwerkzeug, das die gewünschte Außenkontur des Außenverkleidungsteils 12 abbildet, dieses während des Fügeprozesses schützt und stützt.
Ein wesentlicher Aspekt bei der Herstellung des Außenverkleidungsteils 12 ist es, dass eine Oberfläche 20 des Außenverkleidungsteils 12, welches ein Sichtteil darstellt, eine besonders gute Oberflächengüte aufweist. Mit anderen Worten darf die relativ empfindliche Oberfläche 20 bei der Herstellung des Außenverkleidungsteils 12 und auch bei der Herstellung des gesamten selbsttragenden Karosserieaußenteils 10 keine Beschädigungen oder bleibenden Verformungen erleiden. Vorzugsweise wird das Verstärkungsteil 14 daher auch auf das noch nicht lackierte Außenverkleidungsteil 12 angebracht, so dass die miteinander gefügten Teile 12, 14 anschließend eine entsprechende Lackieranlage durchlaufen können. Durch das Verstärkungsteil 14 wird nicht nur eine einfache elastische Bettung des Außenverkleidungsteils 12 erzielt. Vielmehr wird auch die Biege- und Torsionssteifigkeit des Außenverkleidungsteils 12 und somit auch des gesamten Karosserieaußenteils 10 dadurch verbessert.
Falls es sich bei dem Außenverkleidungsteil 12 um ein metallisches Bauteil handelt, wie beispielsweise eine Motorhaube oder auch eine Türbeplankung, bietet sich das sogenannte Heißsiegeln zum Fügen des Außenverkleidungsteils 12 mit dem Verstärkungsteil 14 an. Hierzu wird ein heißsiegelfähiger Kunststoff, der auf dem Polypropylen-Partikelschaum haftet, auf einer entsprechenden Oberfläche 22 des Außenverkleidungsteils 12 aufgebracht. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff Coil- Coating bekannt. Der Kunststoff dient als Verbindungsschicht, wobei im vorliegenden Fall ein Polypropylen-Copolymer verwendet wird. Beispielsweise sind aus der Lebensmittelindustrie Alufolien bekannt, die mit einer Polypropylen-basierten Haftschicht versehen sind, welche bei Erhitzen aufschmilzt. Die aus dem Kunststoff ausgebildete Verbindungsschicht muss dabei einen auf den Partikelschaum des Verstärkungsteils 14 abgestimmten Schmelzbereich aufweisen. Geschickt hierbei ist es insbesondere, die Wärmeleitfähigkeit des metallischen Materials des Außenverkleidungsteils 12 auszunutzen und beispielsweise nach einer Blechumformung, gegebenenfalls in einem beheizbaren Werkzeug einer letzten Ziehstufe analog zu einem Dünnwandspritzgussprozess einen entsprechenden Heizstempel auf der Oberfläche 20 anzubringen und das Verstärkungsteil 14 mit relativ geringer Kraft, um ein Kollabieren des Schaumes des Verstärkungsteils 14 zu verhindern, auf die unmittelbar angeschmolzene Kunststoffschicht des Außenverkleidungsteils 12 aufzudrücken. Hierbei darf der Metallheizstempel die metallische Oberfläche 22 nicht beschädigen. Das Außenverkleidungsteil 12 wird bei diesem Fügevorgang von dem Werkzeug vollflächig unterstützt, um ungewünschte Verformungen des Außenverkleidungsteils 12 zu verhindern. Das Werkzeug kann mit einer Unterdruckvorrichtung versehen sein, um die Außenfläche 20 des Außenverkleidungsteils 12 prozesssicher an die Werkzeugoberfläche anzusaugen und auf diese Weise sicherzustellen, dass das Außenverkleidungsteil 12 flächig auf der Werkzeugoberfläche aufliegt und ein guter, gleichmäßiger Wärmeübergang gewährleistet ist. Die Wandstärke des metallischen Außenverkleidungsteils 12 liegt vorteilhafterweise zwischen wenigen Zehntel Millimetern und einem Millimeter. Bei dünnen Wandstärken des Außenverkleidungsteils 12 kann beim Aufdrücken des Verstärkungsteils 14 evtl. eine weitere (End-)Ausformung des Außenverkleidungsteils 12 erfolgen; gleichzeitig erfolgt durch das Aufdrücken des kühlen Verstärkungsteils 14 eine Abkühlung des Außenverkleidungsteils 12 und somit ein Anhaften des Außenverkleidungsteils 12 an das Verstärkungsteil. Der anschließende Lackierprozess muss dann an die geringe Temperaturbeständigkeit des Schaumes des Verstärkungsteils 14 angepasst werden. Somit ist in diesem Fall üblicherweise keine kathodische Tauchlackierung mehr möglich.
Bei einer späteren Verwendung des Bauteils 10, insbesondere als Teil eines Fahrzeugs, ist zu beachten, dass es sich dabei bei dem Bauteil 10 um eine Kompositstruktur mit zwei Einzelelementen 12, 14 aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten handelt. Wenn das Bauteil 10 im Betrieb erwärmt wird, so dehnt sich das Außenverkleidungsteil 12 stärker aus als das Verstärkungsteil 14, was zu Spannungen zwischen diesen Einzelelementen 12, 14 führt. Um thermische Verzüge der Außenfläche des Bauteils 10 zu vermeiden, muss das Außenverkleidungsteil 12 eine höhere Steifigkeit aufweisen als das Verstärkungsteil 14; dies kann durch eine geeignete konstruktive Gestaltung und/oder eine geeignete Materialauswahl des Außenverkleidungsteils 12 erreicht werden.
Handelt es sich bei dem Außenverkleidungsteil 12 um ein Kunststoffteil oder ein faserverstärktes Kunststoffteil, bietet sich zur Verbindung der Einzelteile 12, 14 beispielsweise eine Verklebung an. Das Verstärkungsteil 14 kann dabei, falls erforderlich, einer entsprechenden Oberflächenbehandlung zur Verbesserung einer Klebstoffhaftung unterzogen werden, wobei beispielsweise ein vollflächiger Auftrag eines geeigneten Klebstoffs erfolgen kann. Anschließend wird das Verstärkungsteil 14 mit dem Außenverkleidungsteil 12 gefügt und der Klebstoff ausgehärtet.
Wenn Verstärkungsteil 14 und Außenverkleidungsteil 12 aus artgleichen bzw. miteinander verschweißbaren Kunststoffen bestehen, kann auch eine Verschweißung des Verstärkungsteils 14 mit dem Außenverkleidungsteil 12 erfolgen. Beispielsweise kann der Polypropylen-Partikelschaumstoff des Verstärkungsteils 14 lasertransparent ausgebildet sein. In diesem Fall kann eine vollflächige Verschweißung des Verstärkungsteils 14 mit dem Außenverkleidungsteil 12 durch das Polypropylen-Partikelschaumstoffmaterial des Verstärkungsteils 14 hindurch erfolgen. Alternativ kann auch der Werkstoff des Außenverkleidungsteils 12 lasertransparent ausgebildet sein, wobei in diesem Fall ebenfalls eine vollflächige Verschweißung mittels eines Laserstrahls, allerdings dann durch das Material des Verstärkungsteils 12 hindurch, erfolgen kann.
Allerdings ist die Verschweißung mittels Laserstrahlentechnik relativ schwierig. Demgegenüber ist ein sogenanntes Spiegelschweißen besonders gut geeignet, wenn eine hinreichend geringe Wärmemenge in das Außenverkleidungsteil 12 eingeleitet wird und damit keine Beeinflussung beziehungsweise Veränderung der Oberflächeneigenschaften verursacht wird. Hierbei wirkt sich insbesondere die relativ geringe Wärmekapazität und geringe Wandstärke der jeweiligen Zellwände der Schaumpartikel des Verstärkungsteils 14 positiv aus. Gleichfalls ist auch ein Vibrationsschweißverfahren einsetzbar.
Weiterhin kann das Fügen des Verstärkungsteils 14 an das Außenverkleidungsteil 12 induktiv erfolgen. Hierzu wird vorteilhafterweise auf die Fügefläche 22 zwischen Verstärkungsteil 14 und Außenverkleidungsteil 12 eine (in Figur 1 gestrichelt gezeichnete) Folie 24 eingelegt, die magnetisch anregbare Partikel enthält. Alternativ kann das Hochfrequenzschweißen (Mikrowellenstrahlung) eingesetzt werden. Hierzu wird auf die Fügefläche 22 zwischen Verstärkungsteil 14 und Außenverkleidungsteil 12 eine elektrisch leitfähige Folie 24 eingelegt. - In beiden Fällen bewirkt das eingestrahlte elektromagnetischen Feld in denjenigen Bereichen der Fügefläche 22 , in denen die Folie 24 liegt, eine Erwärmung, die zum Verschmelzen der Bauteile 12, 14 führt. Vorteilhafterweise besteht das Außenverkleidungsteil 12 aus einer tiefgezogenen, koextrudierten Folie, deren oberste (der Fügefläche 22 benachbarte) Schicht durch die Folie 24 gebildet wird. Fig. 3 zeigt das Mikrowellen-Fügen des Verstärkungsteils 14 mit dem Außenverkleidungsteil 12 in einer schematischen Explosionsdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen sowohl das Außenverkleidungsteil 12 als auch das Verstärkungsteil 14 aus einem nichtleitenden Werkstoff. Das Außenverkleidungsteil 12 ist während des Fügens in einer Bauteilaufnahme 30 gehalten, die aus einem für Mikrowellen transparenten Werkstoff (z.B. Kunststoff, Schaumstoff, Keramik, ...) besteht und deren dem Außenverkleidungsteil 12 zugewandte Oberfläche 32 der Oberflächenkontur 20 des Außenverkleidungsteils 12 entspricht. Das Außenverkleidungsteil 12 wird somit vollflächig in der Bauteilaufnahme 30 gehalten, um es während des Fügevorgangs zu stabilisieren. Auf die dem Verstärkungsteil 14 zugewandte Oberfläche 22 des Außenverkleidungsteils 12 wird die elektrisch leitfähige Folie 24 aufgelegt, anschließend das Verstärkungsteil 14, so dass die elektrisch leitfähige Folie 24 zwischen Außenverkleidungsteil 12 und Verstärkungsteil 14 eingespannt ist. Die Folie 24 kann vorgeformt (z.B. tiefgezogen) sein, um sie der Kontur der Oberfläche 22 anzupassen und Faltenwurf, Dehnungen etc. zu vermeiden. Die Folie 24 sollte eine Mindestdicke von etwa 0,1 mm haben.
Unter der Einwirkung von Mikrowellenstrahlung 40 wird die elektrisch leitfähige Folie 24 erwärmt, bekommt eine teigige Konsistenz und geht eine kovalente Bindung mit dem Außenverkleidungsteil 12 und dem Verstärkungsteil 14 ein. Um eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Folie 24 sicherzustellen, sollte das Mikrowellenfeld 40 möglichst gleichförmig sein. Die Aufheizung der Folie 24 muss den Schweißtemperaturen der Fügepartner entsprechen; insbesondere muss die Folie eine Haftung zum Polypropylen des Verstärkungsteils 14 aufbauten. Die Folie 24 kann insbesondere aus einem Polyolefin (PE, SEBS etc.) bestehen, das mit einem leitfähigen Granulat (z.B. Ruß) versehen ist. Anstelle einer Folie kann auch ein Textil oder Gewebe aus leitfähigen Fasern eingelegt werden (z.B. ein Gewebe aus leitfähigem Polypropylen oder leitfähigem Polyamid), das unter der Einwirkung der Mikrowellenstrahlung aufschmilzt.
Während im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die leitfähige Folie 24 als separates Element gezeigt ist, das zwischen Außenverkleidungsteil 12 und Verstärkungsteil 14 eingelegt ist, kann die Folie auch fest mit einem der beiden Teile 12, 14 verbunden, insbesondere aufgedruckt oder punktförmig, streifenförmig, gitterförmig oder vollflächig verklebt sein. Falls als Außenverkleidungsteil 12 eine koextrudierte Folie verwendet wird, so kann (mindestens) eine der Schichten des Koextrudats elektrisch leitfähig sein und die der Oberfläche 22 benachbarte Schicht des Koextrudats aus einem niedrigschmelzenden Werkstoff bestehen, so dass die elektrisch leitfähige Folie 24 bereits in das Außenverkleidungsteil 12 integriert ist und auf eine zusätzliche Folie verzichtet werden kann.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Seitenansicht das aus dem Polypropylen- Partikelschaumstoff hergestellte Verstärkungsteil 14 gezeigt. Vor dem Anfügen des Verstärkungsteils 14 an die Fügefläche 22 des Außenverkleidungsteils 12 wird an eine dieser Fügefläche 22 abgewandte Oberfläche 28 eine Folie 26 angebracht. Alternativ oder zusätzlich kann lokal auch ein hier nicht dargestelltes Spitzgussteil aufgeschweißt oder die Oberfläche 28 durch einen thermischen Prozess zu einer folienartigen Haut verdichtet werden. Auf diese Weise wird die Oberfläche 28 geschützt und/oder die Steifigkeit des Karosserieaußenteils 10 erhöht. Zur verbesserten Krafteinleitung im Bereich der der Fügefläche 22 abgewandten Oberfläche 28 des Verstärkungsteils 14 können auch entsprechende (in Figur 2 nicht dargestellte) Verstärkungsfasern bereits während der Herstellung des Verstärkungsteils 14 angeordnet beziehungsweise eingebracht werden. Zur verbesserten Krafteinleitung in das Verstärkungsteil 14 können auch eines oder mehrere Spritzgussteile, beispielsweise mit einem entsprechend vorgesehenen Gewinde vorzugsweise an der Oberfläche 28 angeordnet werden, so dass das Verstärkungsteil 14 besonders einfach an entsprechenden Karosseriestrukturen eines Kraftwagens angebracht werden kann.
Mittels des erläuterten Verfahrens kann ein besonders leichtgewichtiges Karosserieaußenteil 10 hergestellt werden, welches zudem auch eine besonders hohe Oberflächengüte bei besonders guten mechanischen Eigenschaften aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden Karosserieaußenteils (10),
insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein aus einem expandierten Polypropylen-Partikelschaumstoff hergestelltes Verstärkungsteil (14) mit einem Außenverkleidungsteil (12) des Karosserieaußenteils (10) gefügt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungsteil (14) und das Außenverkleidungsteil (12) zuerst in separaten Fertigungsschritten hergestellt werden und erst danach das Verstärkungsteil (14) mit dem Außenverkleidungsteil (12) gefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Außenverkleidungsteil (12) im Wesentlichen vollflächig mit dem Verstärkungsteil (14) abgestützt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
an einer dem Außenverkleidungsteil (12) abgewandten Oberfläche (28) des
Verstärkungsteils (14) eine Folie (26) angebracht, lokal ein Spritzgussteil
aufgeschweißt oder die Oberfläche (28) durch einen thermischen Prozess zu einer folienartigen Haut verdichtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Krafteinleitung im Bereich einer dem Außenverkleidungsteil (12) abgewandten Oberfläche (28) des Verstärkungsteils (14) Verstärkungsfasern und/oder zumindest ein Spritzgussteil mit einem Gewinde angeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungsteil (14) an das Außenverkleidungsteil (12) angeklebt,
angeschweißt oder durch Heißsiegeln gefügt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen das Verstärkungsteil (14) an das Außenverkleidungsteil (12) eine magnetisierbare oder elektrisch leitfähige Folie (24) eingelegt wird, und dass das Verbinden des Verstärkungsteils (14) und des Außenverkleidungsteils (12) induktiv oder mit Hilfe des Hochfrequenzschweißens erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Außenverkleidungsteil ( 2) während des Verbindens in einer Bauteilaufnahme (30) aufgenommen ist, deren dem Außenverkleidungsteil (12) zugewandte
Oberfläche (32) der Kontur einer dem Verstärkungsteil (14) abgewandten
Oberfläche (20) des Außenverkleidungsteils (12) entspricht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Außenverkleidungsteil (12) aus einem metallischen Werkstoff, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstärkungsteil (14) vor einer Lackierung des Außenverkleidungsteils (12) mit diesem gefügt wird.
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