DE10032556B4

DE10032556B4 - Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10032556B4
Application number: DE2000132556
Authority: DE
Inventors: Andreas Bauer; Wolfgang Lange; Wolfram Dau
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: DE10032556A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte nacheinander durchgeführt werden:
– vorgeformte Schalenelemente, eine Außen- und eine Innenhaut (4; 5) bildend, werden in eine Vorrichtung, bestehend aus einer Oberschale (1) und einer Unterschale (2) eingelegt, wobei das die Innenhaut (5) bildende Schalenelement als ein die Innenhaut (5) selbst bildender und bereits Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte aufweisender offener oder als ein die Innenhaut (5) selbst bildender geschlossener Kern (3) ausgeführt wird,
– nachfolgend werden zwischen Innen- und Außenhaut (4; 5) Mittel zur Versteifung des Karosseriebauteils in Form einer festgefügten Tragstruktur (6) aus Gußknoten (6a) und Strangprofilen (6c) eingebracht,
– anschließend wird in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Außen- und Innenhaut (4; 5) ein aushärtendes und Außen- und Innenhaut (4; 5) sowie Tragstruktur (6) miteinander verklebendes Bindemittel (8) eingebracht,
– sodann werden vor dem Aushärten des Bindemittels (8) Ober- und...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise.
Karosseriebauteile in Sandwichbauweise sind beispielsweise aus der EP 0 844 167 A2 bekannt. Hier werden Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen in Form eines Profilrahmenträgers vorgeschlagen, die ihrerseits einen mit einem aufgeschäumten metallischen Schaumwerkstoff ausgesteiften Hohlraum umgrenzen, wobei im Inneren des Hohlraums ein sich in dessen Längsrichtung erstreckendes Strukturbauteil angeordnet und gegebenenfalls mit der Innenwandung des Karosseriebauteils fest verbunden ist und der aufgeschäumte metallische Schaumwerkstoff den Raum zwischen der Innenwand des Profilrahmenträgers und dem darin liegenden Strukturbauteil einnimmt.
Des Weiteren ist der DE 44 09 466 A1 ein Karosseriebauteil in weitestgehend selbsttragender, doppelschaliger Bauweise zu entnehmen, wobei auch hier im Inneren Formteile angeordnet sind und ein Ausschäumen des Hohlraumes vorgesehen ist.
Den vorstehenden Karosseriebauteilen ist gemein, dass es sich hier um einzelne Baugruppen handelt, die nach Fertigstellung derselben zu einer kompakten Karosserie zusammengesetzt werden.
Sicherlich sind diese Bauteile geeignet, eine Vielfalt von statischen und dynamischen Beanspruchungen zu erfüllen. Dieses reicht jedoch im Falle eines Zusammenstoßes mit einem Verkehrshindernis oder einem sonstigen Unfallereignis nicht aus, denn die eingebrachten, keine stabile und kompakte Struktur bildenden Formteile würden sich im äußersten negativen Fall aus der Karosserie herausbewegen, sich nicht deformieren und demgemäß keine Verformungsenergie aufnehmen können.
Aus der FR 2 732 301 A1 ist darüber hinaus eine Fahrzeugkarosserie bekannt, welche aus mehreren zweilagigen Platten aus Verbundmaterial, insbesondere aus einem glas- oder carbonfaserverstärkten Polyester- oder Epoxydharz bestehen, wobei zwischen besagten Lagen ein Polyurethanschaum eingebracht ist.
Die US 6 073 991 A beschreibt ferner einen Aufbau einer Fahrzeugkarosserie, wobei der Aufbau eine zusammengesetzte Struktur aus ausgehärteten Kunstharzlaminat mit wenigstens einem Paar Fasermatten aufweist, welche durch eine Schicht aus geschäumten Kunststoff getrennt sind. Der Aufbau weist des Weiteren wenigstens einen geschlossenen Rahmenaufbau auf, der an der zusammengesetzten Struktur angebracht ist.
Mit der EP 0 670 257 A1 wird überdies ein Leichtbaufahrzeug mit einer selbsttragenden, vollständig aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Karosserie offenbart. Die Karosserie ist aus auf Stoß großflächig miteinander verklebten, vorgefertigten eigensteifen Karosserie-Elementen zusammengesetzt, wobei die Karosserie-Elemente jeweils zumindest in der Nähe ihrer mit einem benachbarten Karosserie-Element verklebten Grenzflächen eine Kastenstruktur mit einem Schaumstoffkern und einem vorzugsweise faserverstärkten Kunststoffmantel und relativ dünnwandige Karosserie-Elemente im Grenzbereich zu einem benachbarten Karosserie-Element eine Wandverdickung oder einen Klebeflansch aufweisen.
Aus der EP 0 856 455 A2 ist ein kompaktes und stabiles, die Fahrgastzelle voll umschließendes Karosseriebauteil in Sandwichbauweise durch Verbinden mehrerer Karosseriebauteile bekannt. Das Karosseriebauteil weist eine Außenhaut und eine Innenhaut auf, die bereichsweise voneinander beabstandet sind. Zwischen Außenhaut und Innenhaut ist zur Versteifung des Karosseriebauteils eine festgefügte Tragstruktur eingebracht.
Schließlich ist aus der US 5 934 745 A ein auch die Fahrgastzelle voll umschließendes Karosseriebauteil in Sandwichbauweise durch Verbinden von vier halb-schalenförmigen Karosseriebauteilen bekannt. das Karosseriebauteil weist eine Außenhaut und eine Innenhaut auf, die bereichsweise voneinander beabstandet sind. Zwischen Außenhaut und Innenhaut ist zur Versteifung des Karosseriebauteils eine festgefügte Tragstruktur eingebracht und an der Innenhaut angeordnet.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines steifen, in allen Richtungen einen verbesserten Personenschutz und geringe Herstellungskosten bei geringem Gewicht gewährleistenden Karosseriebauteils in Sandwichbauweise anzugeben.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe demnach durch ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise mit folgenden nacheinander durchzuführenden Verfahrensschritten:

– vorgeformte Schalenelemente, eine Außen- und eine Innenhaut bildend, werden in eine Vorrichtung, bestehend aus einer Oberschale, einer Unterschale eingelegt, wobei das die Innenhaut bildende Schalenelement als ein die Innenhaut selbst bildender und bereits Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte aufweisender offener oder als ein die Innenhaut selbst bildender geschlossener Kern ausgeführt wird,
– nachfolgend werden zwischen Innen- und Außenhaut Mittel zur Versteifung des Karosseriebauteils in Form einer festgefügten Tragstruktur aus Gußknoten und Strangprofilen eingebracht,
– anschließend wird in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Außen- und Innenhaut ein aushärtendes und Außen- und Innenhaut sowie Tragstruktur miteinander verklebendes Bindemittel eingebracht,
– sodann werden vor dem Aushärten des Bindemittels Ober- und Unterschale auf ein bestimmtes Abstandsmaß aufeinander zu bewegt,
– abschließend werden nach dem Aushärten des Bindemittels Ober- und Unterschale auseinander bewegt.

Findet ein die Innenhaut selbst bildender geschlossener Kern Anwendung, können Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte nach Fertigstellung des Karosseriebauteils herausgearbeitet werden.
Zur Erhöhung der Steifigkeit des Karosseriebauteils sind im Bedarfsfalle die Gußknoten und/oder Strangprofile der Tragstruktur vor dem Einbringen des Bindemittels zwischen Außen- und Innenhaut mit zusätzlichen in ihrer Ausdehnung begrenzten Versteifungsmitteln zu versehen und/oder es werden eine oder mehrere Schalen zwischen Außen- und Innenhaut eingebracht und/oder auf dieselben aufgebracht.
Als Bindemittel kann ein pastöser Kleber und/oder ein Kunststoff- und/oder Metallschaum verwendet werden.
Fernerhin kann erfindungsgemäß über die Außenhaut und/oder die Innenhaut eine elastische Kunststoffolie gespannt werden, wobei diese Kunststoffolie vornehmlich im Kantenbereich des Karosseriebauteils und/oder an den Übergängen der Außenhaut zur Innenhaut mit dem Karosseriebauteil fest verbunden wird.
Die elastische Kunststoffolie kann während der Fertigung des Karosseriebauteils oder nach der Fertigung desselben auf die Außen- und/oder Innenhaut gespannt werden.
Zweckmäßigerweise wird die elastische Kunststoffolie im Kantenbereich des Karosseriebauteils und/oder an den Übergängen der Außenhaut zur Innenhaut mit dem Karosseriebauteil verklebt oder an dasselbe mittels Leisten befestigt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise, wobei die Vorrichtung aus einer Oberschale, einer Unterschale und einem zwischen diese einbringbaren Kern besteht, und wobei der Kern ein bereits die Innenhaut des Karosseriebauteils bildender geschlossener oder ein Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte bereits aufweisender offener Kern ist.
Ober- und Unterschale sind hierbei ein Preßwerkzeug bildend, aufeinander zu bewegbar.
Die Vorteile des verfahrensgemäß hergestellten Karosseriebauteils werden insbesondere im verbesserten Personenschutz gesehen. Des Weiteren ist ein leichtes und flexibles, aber gleichzeitig infolge des ausgeprägten Innenskeletts in allen Richtungen steifes, insbesondere Schub- und Biegespannungen hervorragend aufnehmendes Karosseriebauteil geschaffen worden, welches in der Herstellung vereinfacht und demgemäß kostengünstiger als bekannte Herstellungsverfahren ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
Es zeigen:
1 die schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise,
2 die Schnittdarstellung des Karosseriebauteils in einer ersten Variante,
3 die Schnittdarstellung des Karosseriebauteils in einer zweiten Variante,
4 die Schnittdarstellung des Karosseriebauteils in einer weiteren Variante.
Gemäß 1 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Karosseriebauteils aus einer Oberschale 1 und einer Unterschale 2 zwischen denen ein Kern 3 zweckmäßigerweise stationär angeordnet ist.
Ober- und Unterschale 1; 2 weisen im wesentlichen die gewünschte Kontur der Außenhaut 4 auf, d. h. den räumlich gewölbten Abdruck derselben, bestehend aus oberer Außenhaut 4a und dem Fahrzeugboden 4b mit gegebenenfalls Radhäusern 4c, und können sowohl aufeinander zu als auch voneinander weg bewegt werden, so dass sie in ihrer Gesamtheit ein Preßwerkzeug ausbilden.
Nicht unter dem Gegenstand der Erfindung stehendes Ausführungsbeispiel:
Ein zwischen Ober- und Unterschale 1; 2 angeordnete Kern 3 weist seinerseits die gewünschte Kontur der Innenhaut 5 auf und ist darüber hinaus in Einzelteile zerlegbar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind fünf Einzelteile 3a bis 3e vorgesehen, die ihrerseits so dimensioniert sind, dass sie nach Fertigstellung des Karosseriebauteils durch verbleibende Öffnungen in demselben, welches beispielsweise Fenster- und/oder Türöffnungen sein können, aus dem Karosseriebauteil entnommen werden können.
Ausführungsbeispiel zum Erfindungsgegenstand:
Es bietet sich jedoch auch an, den Kern 3 als eine bereits in Grenzen stabile Innenhaut 5, ähnlich einem vorgeformten Tank, zu gestalten (nicht näher dargestellt), der als sogenannter offener Kern 3 die Öffnungen für Türen und Fenster und/oder anderer Ausschnitte bereits aufweist oder als sogenannter geschlossener Kern 3 ausgebildet ist, wobei die genannten Öffnungen im nachhinein herausgearbeitet werden müssen, beispielsweise mittels einer Laser-Schneideinrichtung.
Das Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:
Vorgeformte Schalenelemente, eine Außen- und eine Innenhaut 4; 5 bildend, werden in eine Vorrichtung, bestehend aus einer Oberschale 1 und einer Unterschale 2 eingelegt, wobei das die Innenhaut 5 bildende Schalenelement als ein die Innenhaut 5 selbst bildender und bereits Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte aufweisender offener und als ein die Innenhaut 5 selbst bildender geschlossener Kern 3 ausgeführt wird.
Sowohl Außenhaut 4 als auch Innenhaut 5 können aus Blech, vorzugsweise Stahl- und/oder Leichmetallblech, wie z. B. Aluminiumblech, und/oder aus Kunststoffplatten bestehen.
Nachfolgend werden zwischen Außenhaut- und Innenhaut 4; 5 Mittel zur Versteifung des Karosseriebauteils in Form einer fest gefügten Tragstruktur 6 eingebracht.
Diese Tragstruktur 6 besteht gemäß 2 aus Gußknoten 6a, von denen beispielsweise eine Mehrzahl derselben (nicht näher dargestellt) über angeformte Anschlußteile 6b mit Strangprofilen 6c als Verbindungsträger zu der Tragstruktur 6 zusammengesteckt und verbunden sind. Die Einzelelemente der Tragstruktur 6, wie Gußknoten 6a mit angeformten Anschlußteilen 6b und Strangprofile 6c bestehen vorzugsweise aus Kunststoff und/oder aus Leichtmetallguß und werden gegebenenfalls mittels Abstandselementen 7, die beispielsweise aus Kunststoff bestehen können, auf einen gewünschten Abstand zur Außen- und Innenhaut 4; 5 fixiert.
Anschließend wird in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Außen- und Innenhaut 4; 5 in an sich bekannter Art und Weise ein aushärtendes und insbesondere Außen- und Innenhaut 4; 5 und Tragstruktur 6 miteinander verklebendes Bindemittel 8 eingebracht.
Als Bindemittel 8 bietet sich beispielsweise ein an sich bekannter pastöser Kleber auf Zweikomponenten-Basis an. Dieser gewährleistet, dass nach voraussehbaren Zeitintervallen derselbe ausgehärtet ist.
Des Weiteren kann auch ein an sich bekannter Kunststoff- oder Metallschaum Verwendung finden.
Ist das Bindemittel 8 in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Außen- und Innenhaut 4; 5 eingebracht, werden Ober- und Unterschale 1; 2 vor dem Aushärten des Bindemittels 8 auf ein bestimmtes vorgewähltes Abstandsmaß aufeinander zu bewegt.
Das Bindemittel 8 kann nunmehr aushärten und Ober- und Unterschale 1, 2 können schlußendlich voneinander getrennt werden.
Ist der Kern 3, wie oben bereits beschrieben, selbst als Innenhaut 5 in Form eines offenen Kerns 3 ausgeführt, erübrigt sich eine Entnahme desselben. Lediglich bei Verwendung eines geschlossenen Kerns 3 sind die erforderlichen Öffnungen herauszuarbeiten.
Zur Erhöhung der Steifigkeit des Karosseriebauteils kann gemäß 3 im Bedarfsfalle die Tragstruktur 6 an prädestinierter Stelle, beispielsweise im Bereich der Gußknoten 6a und/oder der Strangprofile 6c vor dem Einbringen von Bindemittel 8 in den Zwischenraum zwischen Außen- und Innenhaut 4; 5 mit zusätzlichen in ihrer Ausdehnung begrenzten Versteifungselementen 9 versehen sein, die ihrerseits eine flächige und/oder eine gekrümmte Struktur bis hin zur Umhüllung der Tragstruktur 6 aufweisen und aus Stahl- und/oder Leichtmetallblech, aus Kunststoff und/oder aus Leichtmetallguß bestehen können.
Ferner können gemäß den 3 und 4 zwischen Außen- und Innenhaut 4; 5 eine oder mehrere Schalen 10 eingebracht und/oder auf dieselben aufgebracht werden.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die zusätzlichen Versteifungselemente 9 und Schalen 10 während des Einbringens derselben zwischen Außen- und Innenhaut 4; 5 bereits mit einem Bindemittel 8 versehen sein können, insbesondere dann, wenn sie in direkten Kontakt mit anderen Bauelementen treten.
Es bietet sich des Weiteren an, über die Außen- und/oder Innenhaut 4; 5 des Karosseriebauteils eine elastische Kunststoffolie 11 zu spannen, welches sowohl während der Fertigung des Karosseriebauteils als auch nach der Fertigung desselben bewerkstelligt werden kann (3).
Zweckmäßigerweise wird die Kunststoffolie 11 vornehmlich im Kantenbereich des Karosseriebauteils und/oder an den Übergängen der Außenhaut 4 zur Innenhaut 5 mit dem Karosseriebauteil fest verbunden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte nacheinander durchgeführt werden: – vorgeformte Schalenelemente, eine Außen- und eine Innenhaut (4; 5) bildend, werden in eine Vorrichtung, bestehend aus einer Oberschale (1) und einer Unterschale (2) eingelegt, wobei das die Innenhaut (5) bildende Schalenelement als ein die Innenhaut (5) selbst bildender und bereits Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte aufweisender offener oder als ein die Innenhaut (5) selbst bildender geschlossener Kern (3) ausgeführt wird, – nachfolgend werden zwischen Innen- und Außenhaut (4; 5) Mittel zur Versteifung des Karosseriebauteils in Form einer festgefügten Tragstruktur (6) aus Gußknoten (6a) und Strangprofilen (6c) eingebracht, – anschließend wird in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Außen- und Innenhaut (4; 5) ein aushärtendes und Außen- und Innenhaut (4; 5) sowie Tragstruktur (6) miteinander verklebendes Bindemittel (8) eingebracht, – sodann werden vor dem Aushärten des Bindemittels (8) Ober- und Unterschale (1; 2) auf ein bestimmtes Abstandsmaß aufeinander zu bewegt, – abschließend werden nach dem Aushärten des Bindemittels (8) Ober- und Unterschale (1; 2) auseinander bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem die Innenhaut (5) selbst bildenden geschlossenen Kern (3), Öffnungen für Türen und Fenster und/oder andere Ausschnitte nach Fertigstellung des Karosseriebauteils herausgearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Steifigkeit des Karosseriebauteils im Bedarfsfalle die Gußknoten (6a) und/oder Strangprofile (6c) der Tragstruktur (6) vor dem Einbringen des Bindemittels (8) zwischen Außen- und Innenhaut (4; 5) mit zusätzlichen in ihrer Ausdehnung begrenzten Versteifungselementen (9) versehen und/oder eine oder mehrere Schalen (10) zwischen Außen- und Innenhaut (4; 5) eingebracht und/oder auf dieselben aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel (8) ein pastöser Kleber und/oder ein Kunststoff- und/oder Metallschaum verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Außenhaut (4) und/oder die Innenhaut (5) eine elastische Kunststoffolie (11) gespannt wird und diese Kunststofffolie (11) vornehmlich im Kantenbereich des Karosseriebauteils und/oder an den Übergängen der Außenhaut (4) zur Innenhaut (5) mit dem Karosseriebauteil fest verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kunststofffolie (11) während der Fertigung des Karosseriebauteils oder nach der Fertigung desselben auf die Außen- und/oder Innenhaut (4; 5) gespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kunststofffolie (11) im Kantenbereich des Karosseriebauteils und/oder an den Übergängen der Außenhaut (4) zur Innenhaut (5) mit dem Karosseriebauteil verklebt und/oder an dasselbe mittels Leisten befestigt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Karosseriebauteils in Sandwichbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einer Oberschale (1), einer Unterschale (2) und einem zwischen diese einbringbaren Kern (3) besteht, wobei der Kern (3) ein bereits die Innenhaut (5) des Karosseriebauteils bildender geschlossener oder ein Öffnungen für Türen und Fenster und/oder anderer Ausschnitte bereits aufweisender offener Kern (3) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ober- und Unterschale (1; 2), ein Presswerkzeug bildend, aufeinander zu bewegbar sind.