DE10024764A1

DE10024764A1 - Metall-Kunststoff-Verbundplatte

Info

Publication number: DE10024764A1
Application number: DE2000124764
Authority: DE
Inventors: Frank Drenkow
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-22

Abstract

Die Aufgabe, eine Metall-Kunststoff-Verbundplatte zu schaffen, die einfach in der Herstellung ist und einen hohen Grad der Maßhaltigkeit aufweist, wobei Toleranzunterschiede zwischen den zusammenzufügenden Platten (1; 2) ohne großen technischen Aufwand ausgeglichen werden können wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kunststoffplatte (2) wenigstens auf der der Metallplatte (1) zugewandten Fläche eine Mehrzahl von Noppen (4) aufweist und Metall- und Kunststoffplatte (1; 2) im wesentlichen über die Noppen (4) miteinander fest verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Metall-Kunststoff-Verbundplatte, bestehend aus wenigstens einer Metallplatte und einer Kunststoffplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff mit annähernd gleicher ebener und/oder gekrümmter Struktur derart, daß die Metallplatte und die Kunststoffplatte eine Verbundplatte bildend mittels Wärmeeintrag und/oder einem Haftmittel klebend zusammenfügbar sind.

Verbundplatten, auch als Sandwich bezeichnet, sind in den mannigfaltigsten Ausführungen bekannt. Im wesentlichen sind dabei verschiedenste Materialien in Leichtbauweise zusammengefügt.

Fügematerialien können dabei diverse Metallbleche, wie z. B. Stahl- oder Aluminiumbleche, und Kunststoffplatten oder Kunststoffolien der unterschiedlichsten Materialstärken sein.

Aus der DE 44 12 865 A1 sind Leichtbauelemente bekannt, die ihrerseits mindestens aus zwei Schichten, vorzugsweise aus metallischem Werkstoff bestehen, wobei wenigstens eine der Schichten eine dreidimensionale Struktur aufweist und die Schichten untereinander wenigstens punktweise miteinander verbunden sind.

Zwischen den metallischen Schichten kann des Weiteren als Verbindungsmittel eine mit einem Haftmittel, beispielsweise Polyethylen, beschichtete Streckfolie angeordnet sein. Die Klebeverbindung zwischen dem metallischen Werkstoff und der Streckfolie wird dann durch zusätzliche Wärmeeinwirkung erzielt.

Ferner ist aus der DE 30 22 805 A1 eine Verbundplatte bekannt, wobei hier eine bis 15 mm starke gekammerte Mehrschichtplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff zum einen mit einer 0,5 mm starken Metallfolie und zum anderen mit einer bis 5 mm starken schalldämmenden Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet ist.

Um vorstehende Verbundplatten auch in der Kraftfahrzeugindustrie, vornehmlich im Karosseriebau verwenden zu können, sind an diese hohe Anforderungen an die Flächensteifigkeit, die Isolationsfähigkeit und die Schallemission zu stellen.

Des Weiteren werden auch aufgrund der im wesentlichen gekrümmten Strukturen hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit derselben gestellt.

In der Praxis hat es sich durchgesetzt, die Außenhaut aus Metall und die Innenhaut aus Kunststoff zu fertigen.

Dabei werden vorgeformte Platten aus Metall und Kunststoff mittels Werkzeugen der Art einer Presse auf ein bestimmtes Abstandsmaß unter Temperatureinwirkung zusammengefügt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß zwischen den einzelnen zusammenzufügenden Platten Toleranzunterschiede bestehen, die nur mit erheblichen Aufwand ausgeglichen werden können um einen zufriedenstellenden Verbund zu erzielen. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metall-Kunststoff-Verbundplatte zu schaffen, die einfach in der Herstellung ist und einen hohen Grad der Maßhaltigkeit aufweist, wobei Toleranzunterschiede zwischen den zusammenzufügenden Platten ohne großen technischen Aufwand ausgeglichen werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß die Kunststoffplatte wenigstens auf der der Metallplatte zugewandten Fläche eine Mehrzahl von Noppen aufweist und Metall- und Kunststoffplatte im wesentlichen über die Noppen miteinander fest verbunden sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Noppen aus Vollmaterial und sind vertikal zur jeweils zugeordneten Kontur der Metall- und Kunststoffplatte angeordnet.

Des Weiteren weisen die Noppen wenigstens eine solche vertikale Ausdehnung auf, daß maximal zulässige Toleranzen zwischen Metall- und Kunststoffplatte ausgleichbar sind und sämtliche Noppen eine feste Fügeverbindung mir der Metallplatte eingehen.

Weiterhin wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, die der Metallplatte zugeordnete freie Stirnfläche der Noppen eben oder konvex auszuführen.

Ferner ist es angezeigt, zur Verbesserung des Fügeprozesses zwischen Kunststoffplatte und Metallplatte die der Kunststoffplatte zugewandte Fläche der Metallplatte mit einer dünnen Kunststoffauflage, welche dem Material der Kunststoffplatte entspricht, zu beschichten.

Ebenso kann es auch von Vorteil sein, wenn die der Kunststoffplatte zugewandte Fläche der Metallplatte und/oder die freien Stirnflächen der Noppen der Kunststoffplatte mit einem zusätzlichen Haftvermittler versehen sind.

Die vorgeschlagene Metall-Kunststoff-Verbundplatte hat im Hinblick auf bekannte Verbundplatten mehrere Vorteile.

Zum einen läßt sie sich einfach und kostengünstig herstellen, zum anderen gewährleistet insbesondere die besondere Struktur der Kunststoffplatte einen einfachen Ausgleich gegebenenfalls vorhandener Toleranzen zwischen Metallplatte und Kunststoffplatte, die ihrerseits aus den vorhergegangenen Fertigungsprozessen zur Herstellung der vorgeformten Metall- und Kunststoffplatte resultieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen

Fig. 1 die dreidimensionale Ansicht einer Metall- und einer Kunststoffplatte unmittelbar vor dem Zusammenfügen zu einer Metall-Kunststoff- Verbundplatte,

Fig. 2 die Seitenansicht nach Fig. 1 in einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 3 die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Metall-Kunststoff-Verbundplatte,

Fig. 4 die Seitenansicht nach Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsvariante.

Wie bereits oben ausgeführt, finden Verbundplatten in der Kraftfahrzeugindustrie, vornehmlich im Karosseriebau, umfassende Anwendung. Hauptanwendungsgebiete werden dabei insbesondere bei der Herstellung diverser Flächen an Kraftfahrzeugen, wie z. B. Dächer, Hauben, Deckel und Türen gesehen.

Im wesentlichen bestehen diese aus einer metallenen Außenhaut und einer Innenhaut aus einem thermoplastischen Kunststoff.

Für die Außenhaut finden vorwiegend Stahlblech und Aluminiumblech, nachfolgend als Metallplatte 1 bezeichnet, mit Materialstärken von ca. 0,7 bis 1,5 mm Anwendung. Für die Innenhaut werden Kunststoffplatten 2 mit Materialstärken 3 mm zur Anwendung gebracht.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, verfügen sowohl die Metallplatte 1 als auch die Kunststoffplatte 2 über eine annähernd gleiche ebene und/oder gekrümmte Struktur derart, daß diese eine Verbundplatte 3 bildend zusammenfügbar sind.

Die Metallplatte 1 wird vorab in bekannter Weise mittels geeigneter Pressen in die gewünschte Form gebracht oder aber auch tiefgezogen. Für die Kunststoffplatte 2 bietet sich ebenfalls das Tiefziehen an.

Werkzeuge zum flächigen Zusammenfügen sind an sich bekannt. Hierfür bieten sich nicht näher dargestellte Werkzeuge in Form von Pressen an, wobei beabsichtigt ist, die vorgeformte Metallplatte 1 und die vorgeformte Kunststoffplatte 2 unter Wärmeeinwirkung auf ein bestimmtes Abstandsmaß klebend zusammenzufügen.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Kunststoffplatte 2 erfindungsgemäß wenigstens auf der der Metallplatte 1 zugewandten Fläche eine Mehrzahl von sogenannten Noppen 4 auf.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese zylinderförmig gestaltet, können jedoch auch jede andere geeignete räumlich Kontur aufweisen.

Des Weiteren bestehen die Noppen 4 aus Vollmaterial und sind vertikal zur jeweils zugeordneten Kontur der Metall- und Kunststoffplatte 1; 2 angeordnet.

Mit dieser Maßnahme wird gewährleistet, daß beim Zusammenfügen der Metall- und Kunststoffplatte 1; 2 ein stabiler, d. h., eine hohe Flächensteifigkeit aufweisender Verbund erzeugt wird.

Ferner ist die der Metallplatte 1 zugeordnete freie Stirnfläche jeder Noppe 4 eben ausgeführt (Fig. 1 und 2).

Wie in der Fig. 3 näher dargestellt, wird das Zusammenpressen der Metallplatte 1 und der Kunststoffplatte 2 zu einer Metall-Kunststoff-Verbundplatte 3 mit einer bestimmten Kraft "F" unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung "W" vollzogen. Diese Wärmeeinwirkung erfolgt sinnvoller Weise von der der Kunststoffplatte 2 abgewandten Fläche der Metallplatte 1 auf dieselbe und wird in ihrer Stärke derart bemessen, daß die Metallplatte 1 bis oberhalb des Schmelzpunktes des für die Kunststoffplatte 2 verwendeten thermoplastischen Materials erwärmt wird. Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind z. B. Polypropylen und Polyethylen.

Der Wärmeeintrag in die Metallplatte 1 kann beispielsweise durch Erwärmung des zugehörigen Preßwerkzeuges oder induktives Erhitzen der Metallplatte 1 erfolgen.

Hat die Metallplatte 1 die erforderliche Schmelztemperatur des gewählten Kunststoffmaterials erreicht, werden die Metallplatte 1 und die Kunststoffplatte 2 auf ein bestimmtes Abstandsmaß zusammengepreßt, in deren Folge die Noppen 4 im Bereich ihrer freien Stirnflächen anschmelzen und in Abhängigkeit vom zurückzulegenden Weg während des eigentlichen Preßvorganges das geschmolzene Material der Noppen 4 seitlich in den freien Raum zwischen die Noppen 4 ausweicht und eine Randwulst 5 ausbildet (Fig. 3).

Nach dem Abkühlen der Metallplatte 1 unter die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials ist eine Fügeverbindung durch Kleben zwischen der Metallplatte 1 und der Kunststoffplatte 2 zu verzeichnen.

Die vertikale Ausdehnung der Noppen 4 im Ausgangszustand ist dabei so gewählt, daß maximal zulässige Toleranzen zwischen der Metall- und der Kunststoffplatte 1; 2 ohne Probleme ausgleichbar sind und in jedem Fall ein Fügeverbund sämtlicher Noppen 4 mit der Metallplatte 1 realisierbar ist.

Werden aus Gründen einer geforderten hohen Steifigkeit der Metall-Kunststoff- Verbundplatte 3 zwischen den einzelnen Noppen 4 geringe Abstände gewählt, kann es angezeigt sein, die freie Stirnfläche der Noppen 4 konvex zu gestalten (Fig. 4), um den Randwulst 5 zu minimieren oder gar auf den Durchmesser der Noppen 4 zu beschränken.

Im Rahmen von Versuchen hat sich des Weiteren gezeigt, daß es sich günstig auf den Fügeprozeß auswirkt, wenn eine Metallplatte 1 Verwendung findet, die auf der der Kunststoffplatte 2 zugewandten Fläche mit einer dünnen Kunststoffauflage beschichtet ist, die ihrerseits dem Material der Kunststoffplatte 2 entspricht.

Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn die der Kunststoffplatte 2 zugewandte Fläche der Metallplatte 1 und/oder die freien Stirnflächen der Noppen 4 der Kunststoffplatte 2 mit einem zusätzlichen Haftvermittler versehen sind, welches diverse an sich bekannte Polymere sein können.

Es versteht sich für den Fachmann von selbst, daß vorstehender Erfindungsgegenstand nicht auf eine Metall-Kunststoff-Verbundplatte 3 der vorbeschriebenen Art beschränkt ist, sondern diese Metall-Kunststoff-Verbundplatte 3 beliebig erweitert werden kann derart, daß beispielsweise auf die freie Fläche der Metallplatte 1 eine weitere Kunststoffplatte 2 in der besonders ausgebildeten Art aufgebracht wird und/oder die Kunststoffplatte 2 beidseitig mit Noppen 4 versehen ist und auf diese eine weitere Metallplatte 1 aufgebracht wird.

Claims

1. Metall-Kunststoff-Verbundplatte, bestehend aus wenigstens einer Metallplatte und einer Kunststoffplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff mit annähernd gleicher ebener und/oder gekrümmter Struktur derart, daß die Metallplatte und die Kunststoffplatte eine Verbundplatte bildend mittels Wärmeeintrag und/oder Haftmittel klebend zusammenfügbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatte (2) wenigstens auf der der Metallplatte (1) zugewandten Fläche eine Mehrzahl von Noppen (4) aufweist und Metall- und Kunststoffplatte (1; 2) im wesentlichen über die Noppen (4) miteinander fest verbunden sind.

2. Metall-Kunststoff-Verbundplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (4) aus Vollmaterial bestehen und vertikal zur jeweils zugeordneten Kontur der Metall- und Kunststoffplatte (1; 2) angeordnet sind.

3. Metall-Kunststoff-Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (4) wenigstens eine solche vertikale Ausdehnung aufweisen, daß maximal zulässige Toleranzen zwischen Metall- und Kunststoffplatte (1; 2) ausgleichbar sind und sämtliche Noppen (4) eine feste Fügeverbindung mit der Metallplatte (1) eingehen.

4. Metall-Kunststoff-Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Metallplatte (1) zugeordnete freie Stirnfläche der Noppen (4) eben oder konvex ausgeführt ist.

5. Metall-Kunststoff-Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kunststoffplatte (2) zugewandte Fläche der Metallplatte (1) mit einer dünnen Kunststoffauflage, welche dem Material der Kunststoffplatte (2) entspricht, beschichtet ist.

6. Metall-Kunststoff-Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kunststoffplatte (2) zugewandte Fläche der Metallplatte (1) und/oder die freien Stirnflächen der Noppen (4) der Kunststoffplatte (2) mit einem zusätzlichen Haftvermittler versehen sind.