DE102005002144A1

DE102005002144A1 - Karosserie für ein Kraftfahrzeug sowie Bauteilesatz

Info

Publication number: DE102005002144A1
Application number: DE102005002144A
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Kurz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: DE102005002144B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Karosserie (12) für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Trägerstruktur und daran angelenkten, beweglichen Strukturen, insbesondere Türen und Klappen, sowie einer an der Trägerstruktur und den beweglichen Strukturen lösbar oder fest montierten, eine Vielzahl von Beplankungselementen umfassenden Außenhaut (14). DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass sämtliche Beplankungselemente der Außenhaut (14), insbesondere Stoßfänger (16, 18), Kotflügel (20, 22), Motorhaube (24), Heckklappe (26), Dach (28), Türen (30, 32), Schweller (34), A-Säulen (36), B-Säulen (38), C-Säulen (40) und D-Säulen (42), soweit vorhanden beziehungsweise soweit beplankt, im Wesentlichen aus einem vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff hergestellt sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilesatz, umfassend die im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellten Beplankungselemente.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einer Trägerstruktur und an dieser angelenkten, beweglichen Strukturen sowie einer an der Trägerstruktur und den beweglichen Strukturen lösbar oder fest montierten, eine Vielzahl von Beplankungselementen umfassenden Außenhaut sowie ein Bauteilesatz für eine solche Außenhaut.

Karosserien heutiger Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise eine Trägerstruktur, auf welcher eine von außen sichtbare Außenhaut montiert ist, welche ihrerseits aus einer Vielzahl von Beplankungselementen besteht. Die Trägerstruktur heutiger Karosserien ist zumeist nicht mehr selbsttragend und erhält ihre Festigkeit erst im Zusammenhang mit den montierten Beplankungselementen. Auch die an der Trägerstruktur angelenkten, beweglichen Strukturen, wie Türen und Klappen, sind üblicherweise beplankt. In der Regel werden die Beplankungselemente aus Stahlblech hergestellt, welches im Tiefziehverfahren geformt und anschließend lackiert wird. Es ist ebenfalls bekannt, einzelne Beplankungselemente, insbesondere Stoßfänger, aus Kunststoff herzustellen, die häufig auch lackiert werden.

Nachteilig an den Blechbeplankungen sind die relativ hohen Rohstoffkosten, das hohe Gewicht sowie die vergleichsweise geringe Designfreiheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Außenhaut für diese, zur Verfügung zu stellen, die kostengünstiger ist und ein geringeres Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, sämtliche Beplankungselemente der Außenhaut im Wesentlichen aus Kunststoff herzustellen. Dadurch, dass nicht nur einzelne, sondern sämtliche Beplankungselemente aus Kunststoff hergestellt sind, können die Gesamtkosten und auch das Gesamtgewicht des Fahrzeugs gegenüber bekannten Ausführungen deutlich gesenkt werden. So sind nicht nur die Rohstoffkosten für Kunststoff geringer als von Stahl, sondern auch die Fertigungskosten. Ferner erlauben typische Formgebungstechniken für Kunststoff, wie etwa das Spritzgießverfahren, eine höhere Designfreiheit.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfassen die im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellten Beplankungselemente folgende Bauteile: Stoßfänger, Kotflügel, Motorhaube, Heckklappe, Dach, Türen, Schweller, A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen und D-Säulen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Elemente nur dann mit einer Kunststoff-Beplankung ausgeführt sind, sofern sie überhaupt vorhanden beziehungsweise überhaupt beplankt sind. Beispielsweise sind D-Säulen häufig nur in Kombi-Fahrzeugen vorhanden und in einigen Fahrzeugen wie Coupes fehlen die B-Säulen. Ferner sind die zwischen Vorder- und Hintertür angeordneten B-Säulen zuweilen nicht beplankt, sondern aus Designgründen ausschließlich durch Glas, insbesondere durch die Fensterscheiben von Vorder- oder Hintertür bedeckt. In diesen Fällen sind diese Elemente selbstverständlich von der erfindungsgemäßen Kunststoffbeplankung ausgenommen. Es ist ferner möglich, verschiedene Elemente zumindest teilweise mit einer gemeinsamen Kunststoff-Außenhaut auszuführen.

Als Kunststoff für die Beplankungsteile wird nach einer besonders favorisierten Ausgestaltung der Erfindung ein thermoplastisches Polymer oder ein Blend verschiedener thermoplastischer Polymere verwendet. Auch thermoplastische Copolymere oder Blockcopolymere können hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften von Vorteil sein. Gegenüber duroplastischen Kunststoffen weisen Thermoplaste eine einfachere Verarbeitung auf, da sie als Schmelzen verarbeitbar sind. Zudem sind sie recyclebar und weisen aufgrund sehr geringer Splitterneigung eine gute Sicherheit hinsichtlich dem Verletzungsrisiko bei Aufprall auf. Als besonders vorteilhaft für den Einsatz als Fahrzeugbeplankung haben sich thermoplastische Polyolefine oder auf einem thermoplastischen Polyolefin basierende Blends erwiesen.

Die Beplankungselemente der Kunststoff-Außenhaut können aus einer durchgefärbten Kunststofffolie (Lackfolie) oder einer nachträglich lackierten, das heißt mit einer sehr dünnen Lackschicht versehenen Kunststofffolie hergestellt sein. Denkbar ist auch, einige Elemente aus Lackfolie und andere aus lackierter Folie herzustellen. Besonders bevorzugt werden durchgefärbte Kunststofffolien zur Herstellung der Beplankungselemente verwendet. Auf diese Weise entfällt der nachträgliche Lackierprozess, der gerade bei den bevorzugt eingesetzten Polymeren, die aufgrund ihrer niedrigen Polarität eine geringe Benetzbarkeit und schlechte Haftung für Lacke aufweisen, problematisch und aufwändig sein kann und gegebenenfalls eine entsprechende Oberflächenvorbehandlung verlangt. Um eine ausreichende UV-Stabilität und somit ein Ausbleichen der zur Färbung der Folie beziehungsweise der Lackschicht verwendeten Farbstoffe oder Pigmente zu gewährleisten, enthält die Lackfolie beziehungsweise der Lack mindestens einen UV-stabilisierenden Zusatz. Bei diesem handelt es sich vorzugsweise um Moleküle, die UV-Strahlung absorbieren, ohne reaktive Radikale zu bilden. Beispielsweise fangen sterisch gehinderte Amine (HALS), zu denen eine unter dem Markennamen TINUVIN bekannte Produktgruppe (Firma Ciba AG, Schweiz) gehört, intermediär gebildete Radikale ab. Auf diese Weise wird der Kunststoff nicht nur vor Ausbleichen, sondern auch vor sonstigen Alterungsbeziehungsweise Degradationsschäden geschützt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Kunststofffolie" ein flächiges, in der Regel konturiertes Kunststoffteil verstanden, dessen Materialstärke im Bereich von etwa 1 bis 8 mm liegt und insofern eine gewisse Formstabilität aufweist. Bevorzugte Materialstärken der erfindungsgemäßen Beplankungselemente betragen 1,5 bis 6,0 mm, insbesondere 2,5 bis 4,0 mm, und stellen einen optimierten Kompromiss zwischen zu minimierendem Gewicht einerseits und ausreichender Stabilität andererseits dar.

Die Herstellung der Beplankungselemente erfolgt vorzugsweise im Spritzgießverfahren. Hierfür wird ein Granulat des Kunststoffes durch Wärme im Extruder aufgeschmolzen und die Schmelze in einen Formraum eines Spritzgießwerkzeuges eingespritzt, wo es unter Beibehaltung der Form erstarrt. Für die Herstellung durchgefärbter Bauteile kann entweder in der Spritzgießmaschine der Farbstoff beziehungsweise das Pigment in das Granulat eingearbeitet werden oder es wird ein Granulat verwendet, in welches bereits der Farbstoff compoundiert ist. Eine Herstellung im Positiv- oder Negativ-Tiefziehverfahren ist ebenfalls denkbar, wobei aufgrund der zu erzielenden hohen Oberflächengüte sich besonders das Positiv-Tiefziehverfahren anbietet, bei dem die erwärmte und vorzugsweise durchgefärbte Folie von ihrer Nichtsichtseite über ein erwärmtes Positivwerkzeug geformt wird. Die für das Tiefziehverfahren eingesetzten Folien/Platten werden in der Regel zuvor durch Extrudierverfahren hergestellt. Das Tiefziehverfahren eignet sich vor allem bei kleineren Stückzahlen.

Werden andererseits nicht durchgefärbte Folien verarbeitet, werden sie im Anschluss an das Spritzgieß- oder Tiefziehverfahren lackiert oder es wird eine bereits lackierte Kunststofffolie tiefgezogen. Unabhängig von der gewählten Formgebungstechnik kann die geformte Folie nachträglich – etwa zur Erhöhung der Stabilität – von ihrer Nichtsichtseite hinterspritzt oder hinterschäumt werden, wobei aus Gewichtsgründen eine Hinterschäumung vorzuziehen ist. Zur weiteren Erhöhung der Stabilität, insbesondere der Biegefestigkeit, kann als hinterspritzte oder hinterschäumte Schicht auch ein beispielsweise mit Glas- oder Naturfasern faserverstärkter Kunststoff beziehungsweise Schaum gewählt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist aber besonders bevorzugt vorgesehen, auf eine solche Hinterspritzung oder Hinterschäumung gänzlich zu verzichten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Beplankungselemente der Außenhaut auf ihren Nichtsichtseiten Befestigungselemente auf, beispielsweise Klipse, Rastelemente, Steckelemente oder dergleichen, durch die sie mit der Trägerstruktur und den beweglichen Strukturen verbunden oder verbindbar sind. Vorzugsweise lassen sie sich einfach auf die Trägerstruktur aufstecken, ohne dass Verschraubungen, Verschweißungen oder dergleichen erforderlich sind. Auf diese Weise wird die Serienmontage erheblich vereinfacht. Die Befestigungselemente können zwar, müssen aber nicht, ebenfalls aus Kunststoff bestehen.

Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilesatz, der eine Außenhaut mit einer Vielzahl in der Regel nicht montierter, im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellten Beplankungselementen gemäß der vorstehenden Beschreibung umfasst. Der Bausatz kann zudem eine montierte oder nicht montierte Trägerstruktur sowie die beweglichen Strukturen beinhalten.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1A eine perspektivische Vorderansicht eines 5-türigen Kraftfahrzeugs;
1B eine perspektivische Hinteransicht des Kraftfahrzeugs aus 1A und
2 eine perspektivische Vorderansicht eines 5-türigen Kombifahrzeugs.
1A und 1B zeigen einen 5-türigen Personenkraftwagen 10 in perspektivischer Ansicht von schräg vorn beziehungsweise schräg hinten. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Karosserie 12, die eine insgesamt mit 14 bezeichnete Außenhaut sowie eine von der Außenhaut 14 verdeckte und deshalb nicht sichtbare Trägerstruktur sowie daran angelenkte, bewegliche Strukturen, nämlich Türen und Klappen, umfasst.
Die Außenhaut 14 setzt sich aus einer Vielzahl von Beplankungselementen zusammen, von denen gemäß der vorliegenden Erfindung jede im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt ist. Die Kunststoffbeplankungselemente umfassen im Einzelnen Beplankungen für einen Frontstoßfänger 16 und einen Heckstoßfänger 18, für jeweils einen links- und einen rechtsseitigen Vorderkotflügel 20 und Hinterkotflügel 22, für eine Motorhaube 24, für eine Heckklappe 26, für ein Fahrzeugdach 28, für jeweils eine links- und eine rechtsseitige Vordertür 30 und Hintertür 32 und für einen linken und einen rechten Schweller 34. Ferner sind verschiedene Säulen vorhanden, die das Dach 28 mit der übrigen Karosserie verbinden und ebenfalls mit Kunststoff beplankt sind. Dies sind im Einzelnen jeweils eine linke und rechte A-Säule 36, B-Säule 38 und C-Säule 40.
2 zeigt ein Kombifahrzeug 10, bei dem die einzelnen Beplankungselemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Fahrzeug, weist das Fahrzeug gemäß 2 zusätzlich jeweils eine mit einer Kunststoffhaut beplankte linke und rechte C-Säule 42 als Resultat einer zusätzlichen seitlichen Fensterreihe hinter der Rücksitzbank auf.
Wie in den Figuren teilweise zu sehen ist, können Beplankungen zweier Elemente auch durch eine einheitliche Beplankungsfläche realisiert sein. Beispielsweise sind der hintere Kotflügel 22 und die C-Säule 40 in 1A mit einer durchgehenden Beplankung versehen, während der hintere Stoßfänger 18 auch noch einen Teil des Kotflügels bildet. Wie in 2 zu erkennen ist, kann auch die Beplankung der B-Säule 38 durch die Türbeplankungen 30 und 32 und die Beplankung der A-Säule 36 durch die Vordertürbeplankung 30 ausgeführt sein. Wie die Aufteilung der Außenhaut 14 in die verschiedenen Flächen im Einzelnen ausgeführt ist, ist für die vorliegende Erfindung unwesentlich. Entscheidend ist, dass sämtliche vorhandenen Beplankungselemente im Wesentlichen in Kunststoff statt aus Metallblech ausgeführt sind.
Die Beplankungselemente 16 bis 42 bestehen vorzugsweise aus einer in einer gewünschten Karosseriefarbe durchgefärbten Lackfolie, die eine Materialstärke von beispielsweise 3,0 mm aufweist. Die Beplankungselemente werden vorzugsweise aus einem thermoplastischen Polymer oder einem thermoplastischen Polymerblend hergestellt, wobei wiederum von Vorteil ist, abhängig von den mechanischen Anforderungen (Stabilität, Schlagzähigkeit, Elastizitätsmodul, Kratzfestigkeit etc.) die verschiedenen Beplankungselemente aus unterschiedlichen Polymeren herzustellen. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung werden die Beplankungselemente aus einem thermoplastischen Polyolefin oder einem thermoplastischen Polyolefinblend hergestellt. In einer speziellen Ausführung wurde etwa für sämtliche Beplankungselemente der Außenhaut 14 mit Ausnahme des Dachs 28 ein unter der Produktbezeichnung Daplen L007 bekannter thermoplastischer Polyolefinblend auf Polypropylenbasis der Firma Borealis (Österreich) verwendet. Dem Kunststoff ist ein UV-Stabilisator zugesetzt (z. B. TINUVIN 292 der Firma Ciba Spezialitätenchemie, Schweiz), der über die Lebensdauer des Fahrzeugs einen sehr hohen UV-Schutz des Kunststoffes vor Degradation sowie der Farbstoffe und/oder Pigmente vor Ausbleichen gewährleistet. Zur Überprüfung der UV-Beständigkeit werden Kunststoffproben typischerweise über drei Jahreszyklen Bewitterungstests in sehr strahlungsintensiven Regionen ausgesetzt, die einen typischen Lebenszyklus von beispielsweise 15 Jahren simulieren sollen.
Die Beplankungselemente werden besonders vorteilhaft im Spritzgießverfahren hergestellt. Hierfür wird ein Extruder über einen Trichter mit einem Granulat des Thermoplasten (Daplen L007 Reaktor Blend) beschickt und im beheizten Extruder (oder in einem vorausgegangenen Schritt) ein Farbstoff/Pigment sowie der UV-Stabilisator und gegebenenfalls andere Additive in das Granulat compoundiert. Die hierbei erzeugte Schmelze wird sodann in einen Formraum eines Spritzgießwerkzeugs eingespritzt, kühlt dort aus und erstarrt. Nach einem definierten Zyklus wird das Werkzeug aufgefahren und das verfestigte Bauteil entnommen. Alternativ kann bei geringen Stückzahlen die Formgebung auch im Positiv-Tiefziehverfahren erfolgen. Hierfür wird die Lackfolie über ein erwärmtes Werkzeug gezogen, welches die zu erzeugende Kontur positiv abbildet, wobei die Nichtsichtseite der Lackfolie dem Werkzeug zugewandt ist. Nur für den Fall, dass eine nicht bereits durchgefärbte Folie verwendet beziehungsweise hergestellt wird, erfolgt im Anschluss an das Tiefzieh- oder Spritzgießverfahren die Lackierung der Sichtseite der Folie.
Die in den Figuren nicht sichtbare Trägerstruktur ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine nicht selbsttragende Konstruktion, die erst durch die montierten Beplankungselemente ihre Tragfähigkeit erhält. Vorzugsweise ist die Trägerstruktur im Wesentlichen aus Profilen, vorzugsweise aus so genannten Space-Frame-Profilen, aufgebaut, wodurch sich ein weiterer Gewichtsvorteil ergibt. Ferner ist an derartigen Profilen eine besonders einfache Befestigung der einzelnen Beplankungselemente möglich. Zu diesem Zweck sind die Beplankungselemente auf ihrer Rückseite mit Befestigungselementen, beispielsweise mit Rast-, Klips-, Klemm- oder Steckelementen versehen, so dass die Beplankungselemente ohne aufwändige Verschraubungen oder Verschweißung in einfacher und dennoch sicherer Weise an den Rahmen einfach angesteckt werden können. Die nicht notwendigerweise aus Kunststoff bestehenden Befestigungselemente können an der Rückseite der Kunststofffolie angeformt oder nach ihrer Herstellung nachträglich befestigt werden. Vorzugsweise werden sie bereits bei der Fertigung, insbesondere bereits im Spritzgießverfahren, als integraler Abschnitt des Beplankungselements angeformt und bestehen somit ebenfalls aus Kunststoff.
Insgesamt kann mit der Ausstattung der Fahrzeuge 10 mit einer Außenhaut 14, die vollständig aus Kunststoff hergestellt ist, eine Kosten- und Gewichtsersparnis erzielt werden, ohne Nachteile hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften oder der optischen Oberflächenqualität in Kauf zu nehmen. Viele der in Frage kommenden Kunststoffe weisen sogar gegenüber Blechbeplankungen verbesserte mechanische Eigenschaften auf.

10: Kraftfahrzeug
12: Karosserie
14: Außenhaut
16: Frontstoßfänger
18: Heckstoßfänger
20: Vorderkotflügel
22: Hinterkotflügel
24: Motorhaube
26: Heckklappe
28: Dach
30: Vordertür
32: Hintertür
34: Schweller
36: A-Säule
38: B-Säule
40: C-Säule
42: D-Säule

Claims

Karosserie (12) für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Trägerstruktur und daran angelenkten, beweglichen Strukturen sowie einer an der Trägerstruktur und den beweglichen Strukturen lösbar oder fest montierten, eine Vielzahl von Beplankungselementen umfassenden Außenhaut (14), dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Beplankungselemente der Außenhaut (14) im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt sind.
Karosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellten Beplankungselemente folgende Bauteile umfassen, sofern sie vorgesehen und beplankt sind, Stoßfänger (16, 18), Kotflügel (20, 22), Motorhaube (24), Heckklappe (26), Dach (28), Türen (30, 32), Schweller (34), A-Säulen (36), B-Säulen (38), C-Säulen (40) und D-Säulen (42).
Karosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein thermoplastisches Polymer oder einen thermoplastischen Polymerblend, vorzugsweise ein thermoplastisches Polyolefin oder einen auf einem thermoplastischen Polyolefin basierenden Blend umfasst.
Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beplankungselemente der Außenhaut (14) unabhängig voneinander im Wesentlichen aus einer durchgefärbten Lackfolie und/oder einer lackierten Folie hergestellt sind, vorzugsweise aus einer durchgefärbten Lackfolie.
Karosserie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der durchgefärbten Lackfolie und/oder die Lackschicht der lackierten Folie mindestens einen Zusatz zur Erhöhung der UV-Stabilität enthält, der insbesondere aus der Gruppe sterisch gehinderter Amine (HALS) gewählt ist.
Karosserie nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke der Beplankungsteile, insbesondere der durchgefärbten Lackfolie und/oder der lackierten Folie, im Bereich von 1,5 bis 6 mm, insbesondere von 2,5 bis 4 mm, liegt.
Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur im Wesentlichen aus Profilen, insbesondere aus Space-Frame-Profilen, aufgebaut ist.
Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beplankungselemente der Außenhaut (14) auf ihren Nichtsichtseiten Befestigungselemente aufweisen, durch die sie mit der Rahmenstruktur beziehungsweise den daran angelenkten, beweglichen Strukturen verbunden oder verbindbar sind.
Karosserie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente Klipse, Rastelemente, Steckelemente oder dergleichen sind.
Bauteilesatz umfassend eine Außenhaut (14) umfassend eine Vielzahl im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellter Beplankungselemente.
Bauteilesatz nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Trägerstruktur und daran angelenkte, bewegliche Strukturen.